JPH03106429A

JPH03106429A - ガス混合装置

Info

Publication number: JPH03106429A
Application number: JP1245532A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Takano; 信義高野; Yoshimi Akutsu; 圷　義巳
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-07
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPH0716594B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はガス混合装置に関する．〔従来の技術〕たとえば血液ガス分析装置にあっては，炭酸ガスおよび
酸素分圧が既知の水溶液を二種類以上較正用標準液とし
て装置内部で継続的に製造する必要がある．そのためのものとしてガス混合装置があり，たとえば第
４図および第５図に示すものが知られている（ＵＳＰ．
＆３，４６４．４３４参照）．第４図において、炭酸ガ
ス４０５が圧力調整弁４１１、抵抗管４１６、抵抗管４
０１を介して排出管４１４に導入されるようになってい
る．一方，酸素、窒素からなる空気４０６がパイロット
付圧力制御弁４２１、抵抗管４０２を介して前記排出管
４１４に導入されるようになっている．前記パイロット
付圧力制御弁４２１はその詳細を第５図に示すように、
前記炭酸ガス４０５からの導出管４２２と空気４０６か
らの導出管４２６とがメンブラン４２３によって通され
る室に導びかれているとともに、前記空気４０６の圧力
がより大になると前記メンブ′ラン４２３の変位によっ
てリリーフポートから大となった圧力分だけ前記空気４
０６が排出されるようになっている．そして．このパイ
ロット付圧力制御弁４２１を通過した導管と炭酸ガス４
０５側の導管との間にはそれぞれの差圧がＯとなること
を確認する指示計４２０が設けられている（以上の技術
を公知例Ａとする）．また、他の技術としては第６図および第７図に示すもの
が知られている（特開昭６３−１１１４６２号参照）。

基本的には上述の第４図と同様であるが，リリーフ型の
パイロット付圧力制御弁４２１に代えて減圧弁３１３を
用いていることにある（以上の技術を公知例Ｂとする）
．さらに、他の技術としては、たとえば実公昭６３−８４
２０号公報に示されたもので、第８図に示すように、信
号発生装置２０３と称されるものがあり、図中Ｃからパ
イロット圧を引出し、ダイヤプラム２５２．２５６によ
る定比型の減圧弁であり、一方のガス供給管２６４から
減圧された信号圧を発生させ、これをパイロット圧２３
４とする二つのガス専用の二つの減圧弁からなる調圧装
！！！２０２を用いたものである．この調圧装１！２０
２への信号圧２６５は必要以上に高くなることを防止す
るためブリード絞り２６６を用いている（以上の技術を
公知例Ｃという）．〔発明が解決しようとする課題Ｊ　　′しかしながら上
述した従来例にあっては、このうち公知例Ａでは、第１
にボンベ中の炭酸ガス（常温で約６３７０ＫＰａの蒸気
圧を示し液化している）の圧力を，第４図および第５図
に示す減圧弁４１１、抵抗管４１６で９．８ＫＰａ程度
に安定性１％以内に減圧する必要があり、特殊な減圧弁
を製作しなければならないというＭ，［がある．また、
空気は混合ガスを得るに必要な量以上に供給しなければ
ならず，その分だけ遠心ブロワおよび空気中の塵埃を除
去するフィルタの能力を増さなければならないものであ
った．さらに微小差圧でも作動するために、メンプラン
４２３の剛性も考慮すると、メンブラン４２３の面積・
を相当大きくしなければならないものであった．さらに
空気の圧力４２６が炭酸ガスの圧力４２２より低くなっ
たときは全く機能を失うというものであった．また，公
知例ｎにおいて、第６．７図に示す減圧弁３１３はベロ
ーズ３３６の剛性は無いとしても（実際には無視できな
い），ばね３４１の力がある為，図示からノンリリーフ
型パイロット付定比減圧弁ではないので，パイロット圧
３１０は２次圧（回路３１４の入口圧）よりも高くなけ
ればならない．すなわち分岐点３０５と分岐点３１５の
圧力は等しくならず，このことは毛管抵抗管３０６，３
０７，３１８，３１７の設計製作を甚だ困難にするもの
であった．さらに、公知例Ｃでは流量変化に対する混合比率の安定
性に優れているが，これはむしろブリード絞り２６６の
ブリードオフ量を調節することに依るものである．その
構造はリリーフ型のパイロット付定比減圧弁を１個（信
号発生装置２０３）と，リリーフ型のパイロット付定差
減圧弁を２個（ＩＩ圧装Ｗ１２０２）とを組み合せたも
のに外ならない．このことから必然的に前二例より複雑
な構造とならざるを得ないものであった．それ故、本発明はこのような事情に鑑みてなされたもの
であり，極めて簡単な構成にもかかわらず、上述の諸問
題を解消したガス混合装置を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達或するために、本発明は，一方のガ
スの流量を定める要素例えば毛管抵抗管の上流の圧力を
パイロット圧とし、かつ不足する力を付与する圧縮自在
のばね要素を備えたノンリリーフ型の定差減圧弁を他方
の流路に少なくとも１個設け、その二次圧を前記パイロ
ット圧と等しくするか，そのパイロット圧を定める減圧
弁の二次圧と等しくするかして、双方のガスの流量を定
める要素の入口の圧力を等しくするように，前記ばね要
素で不足力を補償することにより達威されるものである
．すなわち，本発明は，一方にて炭酸ガスを減圧弁および
定流量生成要素を介すとともに，他方にて空気を前記減
圧弁とは異なる他の減圧弁および前記定流量生成要素と
は異なる他の定流量生成要素を介して混合ガスを得るガ
ス混合装置において、前記各減圧弁のうちいずれか一方
をノンリリーフ型の，定差型減圧弁とするとともに，他
方の減圧弁における定流量生成要索入口側の二次圧を前
記ノンリリーフ型の定差型減圧弁のパイロット圧とする
ようにしたことを基本としたものである。

〔作用〕

このようにすれば、定圧発生要素として用いられる減圧
弁は一次圧の変動の１〜３％の変動を二次圧に及ぼすの
が一般的である．この減圧弁にリリーフポートを設ける
と０．３〜１％にそれが向上する．しかしこのリリーフ
ボートからプリードオフするガス量は浪費するもの、す
なわち無駄に放棄されるものであることから経済性の点
で問題がある．このため本発明では、定流生威量要素入
口で一番圧力の安定しているガスの、その圧力をパイロ
ット圧として，他のガスの減圧弁の二次圧の変化をリリ
ーフポートなしに抑圧しようとしているものである．し
たがって、パイロット圧が設計値の例えば±５％変動し
たとしても，他のガスの２次圧もパイロット圧の変動に
同期して±５％程度変動することになり，双方のガスの
流量も設計値の±５％変動するがこの場合同期している
ことから，流量比すなわち混合ガスの組成は変らないこ
とになる。またそれぞれのガスの定流量要素の入口圧力
が（出口圧力はもともと不変で双方同じであるので）同
一であるので、混合ガスの組成に対して定流量要素の設
計が非常に簡便となる．そして、このパイロット圧は特
別に発生させるものでないため，構造も甚だ簡便となる
．〔実施例〕以下、本発明によるガス混合装置の一実施例について説
明する．第１図において、たとえばボンベ人液化炭酸ガスからな
る第１のガス源１１があり、このガス源１１からのガス
は定圧発生要素となる減圧弁１２に供給されるようにな
っている．前記減圧弁１２の二次圧側は分岐点１３を介
してそれぞれ定流量生成要素となる毛管抵抗管１４．１
５に接続され排出口１７．２７に到るようになっている
．一方，たとえば空気圧縮ポンプからなる第２のガス源
２１があり、このガス源２１からのガスはノンリリーフ
型の定差減圧弁２８に供給されるようになっている．こ
の定差減圧弁２８は前記減圧弁１２の二次圧側に導管１
９を介して接続され、前記二次圧側の圧力をパイロット
圧として前記定差減圧弁２８に供給されるようになって
いる。前記定差減圧弁２８の二次圧側は分岐点２３を介
してそれぞれ定流量生成要素となる毛管抵抗管２４，２
５に接続され、前記毛管抵抗管１４．１５の下流側に設
けた分岐点１６．２６を介して前記排出口１’ｌ，２’
ｌに到るようになっている．次に，前記ノンリリーフ型
の定差減圧弁２８の詳細な構造について第３図を用いて
説明する．同図において，弁体５０があり、この弁体５
０の側面には一次圧口５１が、また底面には二次圧口５
２が設けられている．前記二次圧口５２は異物除去用フ
ィルタ５５を介して導路５３に接続されている．なお，
図中５４は封止用ボールである．一方前記一次圧口５１
にも異物除去用フィルタ５５を介して導路５６に接続さ
れている．該導路５６は弁体５０のほぼ中央に位置づけ
られる穴５７に接続され、この穴には圧縮ばね５８と、
この圧縮ばね５８の上部に位置づけられる弁座５９、そ
して球状弁６０が配置されている．そして前記球状弁６
０は伝達捧６１が取付けられ、この伝達捧６１は弁ハウ
ジング６３を貫通するように取付けられている．前記弁
ハウジング６３は、弁座６５，この弁座に通ずる導口５
２およびガイド６４を備えている．この弁ハウジング６
３の上部には金属ベローズ６８が配置されており、この
下部に設けられたフランジ６７の個所で前記弁体５０に
固定されている．前記金属ベローズ６８内には上端が固
定されたカップ６９が配置され、このカップ６９は前記
ガイド６４内に位置づけられているとともに、前記金属
ベローズ６８の伸縮にともなって滑動できるようになっ
ている．そして、このような金属ベローズ６８を被うようにして
前記弁体５０に固定されたボンネット７４が取付けられ
，このボンネット７４の側面にはパイロット穴７５が設
けられている．前記カップ６９の底部には座７０が配置
されており，その上部には圧縮ばね７１が挿圧され、こ
の圧縮ばね７１の他端はばね座付ピストン７２によって
係止されている．前記ばね座付ピストン７２は前記ボン
ネット７４に気密状態で摺動できるようになっており、
この摺動は二次圧設定ねじ７８でなられるようになって
いる．これにより，前記ピストン７２を介して前記ばね
７１及びベローズ６８を圧縮し、前記伝達棒６１を押し
下げ，前記弁座６５と前記球状弁６０の開口度を一定に
して二次圧を設定した後，ロックナット７７で固定する
ようになっている，次に、このように構成したガス混合装置の作用を，第１
図および第２図を用いて説明する．仮りに、環境温度を
２３±５℃，ガス源１ｌの圧力を１９６±９．８ＫＰａ
．減圧弁ｌ２の二次圧設定値を１９，６ＫＰａとすると
、おおよそ分岐点１３の圧力は１９．６±Ｑ．９８ＫＰ
ａ程度となる．また、ガス源２１の圧力を４９±９．８
ＫＰａとし，減圧弁２８の二次圧設定値（パイロット圧
１９．６ＫＰａがかかった状態で）が１９．６ＫＰａと
する．第３図でみると、一次圧口５１に４９±９，８Ｋ
Ｐａが，パイロット穴７ｌこ１９．６±０．９８ＫＰａ
が印加されることになる．仮りに、これらの圧力が０の
ときでかつ二次圧の設定がＯのとき、球状弁６ｏは弁座
６５を密封しており，かつ伝達捧６１とカップ６９は僅
かに離れており、かつベローズ６８とばね７１は自由長
でなければならない。ここで，弁の有効断面積をＡいベ
ローズ６８の受圧有効断面積をＡ２、ばね５８のばね定
数をｋユ、ベローズ６８の圧縮ばね定数をｋ２、ばね７
ｌのばね定数をｋ，，・一次圧をＰい２次圧をＰ２，パ
イロット圧をＰ０、弁の開度をＸとすると、前述の圧カ
で均合っているときには，次式が成立するようになる。

Ａ４　（Ｐｌ−Ｐｇ）　十ｋ４　Ｘ　＋　ＰＩＡＩ　十
ｋ４　Ｘ＝ＰｏＡａ＋　ｋａ　（ｘ十ａ）・・・（１）ここでαは均合を戊立させるためのばね７１の余剰圧縮
代である．簡単にするため，Ａｉ（Ｐｔ−ｐａ）とｋ，
ｘは非常に小さいので省くと，Ｐ，Ａ，＋ｋ，ｘ＝Ｐ．
Ａ，十ｋ，　（ｘ＋ａ）　　−（２）となる．いま、何
らかの原囚でＸがΔＸ増えたためＰ２がΔＰ２増えて元
に戻ろうとするときは，となっている．すなわちｋ，が
小さい程ΔＰ２の増え方が小さい．ところが（２）式よ
りｋつを小さくするとαの量を大きくしなければならず
，ばね７ｌの設計を困難にする．（２）式では右辺にＰ
０Ａ，の項がある（すなわちパイロット付である）ため
、ｋ，を小さくする設計が可能となる。以上は自身の回
路すなわち減圧弁２８の二次圧変動に対する利点である
。次に，Ｐ０がΔＰ０増えたとき、ＸがΔＸ増え、Ｐ２
がΔＰ２増えたとすると、すなわち，僅かに弁が動いて
平衡に到達する．これは分岐点１３と２３との圧カが同
期して１９．６±０．９８ＫＰａの範囲で変動し、常に
ｐ，＝ｐ２の関係を保っていることを意味する．第２図は本発明によるガス混合装置の他の実施例を示す
構或図である．第１図と同符号のものは同一部材を用い
ている。第１図と異なる構成は、減圧弁１２に代えて定
差減圧弁１８とし、そのパイロット圧を，他方の定差減
圧弁２８の二次圧から取り出し、これにより各定差減圧
弁の二次圧を相互に他のパイロット圧としたことにある
．このような場合においても極めて安定した二次圧の同
期性を示すようになる．〔発明の効果〕以上説明したことから明らかなように，本発明によれば
，定圧発生要素として用いられる減圧弁は一次圧の変動
の１〜３％の変動を二次圧に及ぼすのが一般的である。

この減圧弁にリリーフボートを設けると０．３〜１％に
それが向上する．しかしこのリリーフポートからプリー
ドオフするガス量に浪費するもの、すなわち無駄に放棄
されるものであることから経済性の点で問題がある．こ
のため本発明では、定流生成量要素入口で一番圧力の安
定しているガスの、その圧力をパイロット圧として、他
のガスの減圧弁の二次圧の変化をリリーフポートなしに
抑圧しようとしているものである．したがって，パイロ
ット圧が設計値の例えば±５％変動したとしても，他の
ガスの２次圧もパイロット圧の変動に同期して±５％程
度変動することになり，双方のガスの流量も設計値の±
５％変動するが，この場合同期していることから流量比
すなわち混合ガスの組成は変らないことになる．またそ
れぞれのガスの定流量要素の入口圧力が（出口圧力はも
ともと不変で双方向同じであるので）同一であるので，
混合ガスの組或に対して定流量要素の設計が非常に簡便
となる。そしてこのパイロット圧は特別に発生させるも
のでないため、構造も甚だ簡便となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるガス混合装置の一実施例を示す構
或図、第２図は他の実施例を示す構成図、第３図は第１
図に示すノンリリーフ型の定差型減圧弁の一実施例を示
す構成図，第４図は従来のガス混合装置の一例を示す構
成図，第５図は第４図におけるパイロット付圧力制御弁
を示す構成図、第６図は従来のガス混合装置の一例を示
す構戒図，第７図は第６図における減圧弁を示す構或図
、第８図は従来のガス混合装置の一例を示す構或図であ
る．１１・・・第１のガス源，１２・・・減圧弁、１３，２
３，１６，２６・・・分岐点、１４，１５，２４，２５
・・・毛管抵抗管、ｌ９・・・導管，　　　　２１・・
・第２のガス源、２８・・・ノンリリーフ型の定差減圧
弁．第１図

Claims

【特許請求の範囲】１、一方にて炭酸ガスを減圧弁および定流量生成要素を
介すとともに、他方にて空気を前記減圧弁とは異なる他
の減圧弁および前記定流量生成要素とは異なる他の定流
量生成要素を介して混合ガスを得るガス混合装置におい
て、前記各減圧弁のうちいずれか一方をノンリリーフ型
の定差型減圧弁とするとともに、他方の減圧弁における
定流量生成要素入口側の二次圧を前記ノンリリーフ型の
定差型減圧弁のパイロット圧とするようにしたことを特
徴とするガス混合装置。２、請求項第１記載において、ノンリリーフ型の定差型
減圧弁は、感圧手段および二次圧設定用ばねを含む二次
圧の対向側を密封構造とするとともに、その密封空間に
連通するパイロット穴が形成されていることを特徴とす
るノンリリーフ型の定差型減圧弁。３、一方にて炭酸ガスを減圧弁および定流量生成要素を
介すとともに、他方にて空気を前記減圧弁とは異なる他
の減圧弁および前記定流量生成要素とは異なる他の定流
量生成要素を介して混合ガスを得るガス混合装置におい
て、前記各減圧弁をいずれもノンリリーフ型の定差型減
圧弁とするとともに、各ノンリリーフ型の定差型減圧弁
における定流量生成要素入口側の二次圧を他方のノンリ
リーフ型の定差型減圧弁のパイロット圧とするようにし
たことを特徴とするガス混合装置。４、請求項第３記載において、ノンリリーフ型の定差型
減圧弁は、感圧手段および二次圧設定用ばねを含む二次
圧の対向側を密封構造とするとともに、その密封空間に
連通するパイロット穴が形成されていることを特徴とす
るノンリリーフ型の定差型減圧弁。