JPH06201417A - 定流量発生装置 - Google Patents

定流量発生装置

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JPH06201417A
JPH06201417A JP4359977A JP35997792A JPH06201417A JP H06201417 A JPH06201417 A JP H06201417A JP 4359977 A JP4359977 A JP 4359977A JP 35997792 A JP35997792 A JP 35997792A JP H06201417 A JPH06201417 A JP H06201417A
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行雄 本望
Yoshie Ebata
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GIJUTSU KAIHATSU SOGO KENKYUSHO KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ノズルの製作が簡単で、かつノズル前後の圧
力比の管理が簡単な定流量発生装置を提供する。 【構成】 ハウジング1内に設けたノズル本体9を通る
流体の流速を音速に制御することにより、ノズル本体9
を通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置で
ある。ノズル本体9をハウジング1内に取り外し可能に
装着したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ノズルを通る流体の流
速を音速に制御することにより、流量を定流量にする定
流量発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ハウジング内に設けたノズルを
通る流体の流速を音速に制御することにより、前記ノズ
ルを通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置
は知られている。この種のものは、ノズル上流の入口圧
力と、ノズル下流の出口圧力との圧力比(=出口圧力/
入口圧力)を、所定の圧力比以下(例えば0.5以下)
に設定することにより、ノズル部の流速を音速に管理し
て、そこでの流量を一定流量に制御しようとするもので
ある。
【0003】この定流量発生装置(以下、ソニックノズ
ルという)は、例えば、下流に真空ポンプをつないで、
ソニックノズルの上流側に一定流量の流れを作り出した
り、上流に圧縮機をつないで、ソニックノズルの下流側
に一定流量の流れを作り出したりする場合などに使用さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のソニ
ックノズルは、ハウジングの内部にノズルを一体的に形
成しているので、ノズルの製作が困難であり、コスト高
になるという問題がある。また、上述したようにノズル
部の流れは音速になるので、その部分は磨耗しやすく、
それが磨耗するとソニックノズルを交換しなければなら
ないという問題がある。更に、従来では、ノズルの孔部
の断面積を管理することにより、ノズル前後の圧力比を
設定するようにしているが、ノズル一体型のものでは、
その孔部の加工を精度よく仕上げるのが難しいという問
題がある。
【0005】そこで、本発明の目的は、上述した従来の
技術が有する問題点を解消し、ノズルの製作が簡単で、
かつノズル前後の圧力比の管理が簡単な定流量発生装置
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ハウジング内に設けたノズル本体を通る
流体の流速を音速に制御することにより、ノズル本体を
通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置にお
いて、ノズル本体をハウジング内に取り外し可能に装着
したことを特徴とするものである。
【0007】また、ノズル本体の開口面積を調整自在な
弁体を設けてもよい。
【0008】更に、ノズル本体の入口と出口との圧力比
が所定の圧力比以下であるか否かを判別する判定器を設
けてもよい。
【0009】
【作用】本発明によれば、ノズル本体をハウジング内に
取り外し可能に装着しているので、ノズル本体を加工す
るにはそれを単独で加工することができ、ノズル本体が
磨耗してノズル前後の圧力比の管理が難しくなった場合
には、ノズル本体だけを交換すればよいので、管理は簡
単になる。
【0010】また、定流量を発生させるためには、ノズ
ル本体の入口と出口との圧力比を管理する必要がある
が、ノズル本体の開口面積を、弁体により調整自在にし
ておけば、その開口面積を任意に変えることができるの
で、圧力比の管理が簡単になると共に、その圧力比が、
所定の圧力比以下であるか否かを判別する判定器を設け
ておけば、判定結果をリアルタイムに知ることができ、
例えば、その判定器に警報器等をつなぐことにより、警
報として出力することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明による定流量発生装置の一実施
例を図面を参照して説明する。
【0012】図1において、1はソニックノズルのハウ
ジングを示している。このハウジング1は例えばSUS
303などの加工の容易な材料により製造されており、
その内周部の中程には段部3が設けられている。この段
部3を境界にして、図中左側は入口5に、右側は出口7
になっている。
【0013】そして、この段部3にはノズル本体9が取
り外し可能に装着されている。このノズル本体9の外周
にはOリング11が嵌め込まれ、このOリング11はそ
の外周をシールしている。また、ノズル本体9の内周に
は孔部13があけられ、この孔部13は、後述するよう
に、そこを通る流体における入口5の圧力P1 と出口7
の圧力P2 との圧力比(=P2 /P1 )が、所定の圧力
比以下(例えば0.5以下)になるように、その断面積
が設定されている。
【0014】このノズル本体9は耐磨耗性に優れる超鋼
やSUS316Lやセラミクスなどの材料で製造され、
ハウジング1から取り外し自在になっている。
【0015】ここで、ソニックノズルの使用例を図2を
参照して説明する。例えば、その下流に真空ポンプ15
をつないで、この真空ポンプ15を通じてソニックノズ
ルに流れを形成すると、その上流に一定流量の流れが形
成される。
【0016】図1を参照して、その原理を説明する。絞
り部(ノズル本体9)を通る流体の流れは、入口圧力を
1 、出口圧力をP2 、気体の比熱比をκとした場合
に、圧力比(=P2 /P1 )が次式に示す臨界圧力比
(P2 /P1 )c以下になると、ノズルを通る流れが音
速になる。
【0017】
【数1】 この結果、ノズルの最小断面積をA、入口温度をT1
すると、臨界重量流量GC は、 Gc =A・τ・P1 ・(2g/RT1 1/2 ただし、
【0018】
【数2】 となり、ここで、定数項をαと置くと、
【0019】
【数3】 すなわち、臨界重量流量Gc は設計因子であるノズルの
断面積A、ノズルの入口状態である圧力P1 、温度
1 、そして気体の種類で定まるガス定数Rに影響され
て、出口の圧力P2 には影響されないことが分かる。こ
の考えを利用して定流量を発生させる考えは既知であ
る。
【0020】図3は、ソニックノズルの他の使用例を示
し、その上流に圧縮機17をつないで、この圧縮機17
を通じてソニックノズルに流れを形成すると、その下流
に一定流量の流れが形成される。このように使用される
ソニックノズルでは、上述のように、ノズル本体9の孔
部13に音速の流れが形成されるので、そこは磨耗しや
すくなっている。
【0021】しかして、この実施例によれば、ノズル本
体9は耐磨耗性に優れる材料により製造されるので、磨
耗は生じにくく、仮に磨耗が生じた際には、ノズル本体
9は取り外し可能であるので、それを交換すればよく、
極めて使い勝手の良いソニックノズルを提供することが
できる。
【0022】図4は他の実施例を示している。
【0023】21はハウジングを示し、このハウジング
21には、入口23と出口25とが設けられている。入
口23には直角に曲がる入口流路23aがつながり、出
口25には同じく直角に曲がる出口流路5aがつなが
り、これら流路23a,25aは連通流路27でつなが
っている。
【0024】そして、この実施例によれば、入口流路2
3aの出口に、取り外し可能にノズル本体39が装着さ
れている。
【0025】また、ハウジング21の下部にはめねじ部
29が形成され、このめねじ部29には、連通流路27
を形成すべくプラグ31がねじ込まれている。このプラ
グ31には窪み部33が形成され、この窪み部33には
ニードル弁体37がねじ込まれている。このニードル弁
体37の先端37aは円錐状に形成されており、その先
端37aはノズル本体39の孔部41に臨んでいる。
【0026】これによれば、ニードル弁体37をねじ込
んでそれを上下に動かすことにより、ノズル本体39の
孔部41の開口面積を調整できるしくみになっている。
なお、43,45は夫々シール用のOリングである。
【0027】このように製造されたノニックノズルで
は、ノズル本体39の孔部41の開口面積を任意に調整
することができる。上式(3)より明らかなように、孔
部41を通る臨界重量流量Gc は、ノズルの断面積Aに
影響されるわけであり、この断面積Aを管理することが
極めて重要である。
【0028】しかして、この実施例によれば、ニードル
弁体37を軸方向に移動させることにより、ノズル本体
39の孔部41の開口面積(断面積A)を調整すること
ができるので、所望の一定流量の得られる、流量調整可
能なソニックノズルを提供することができる。
【0029】図5は更に別の実施例を示している。
【0030】これによれば、ハウジング21の頭部に
は、入口流路23aにつながる2個のポート51,52
と、出口流路25aにつながる1個のポート53とが設
けられ、夫々のポート51,52,53には、入口23
の圧力を検出するための入口圧力センサ55、その温度
を検出するための入口温度センサ(図示せず)、出口2
5の圧力を検出するための出口圧力センサ57がつなが
れる。
【0031】この出口圧力センサ57と上述の入口圧力
センサ55とは判定器59につながれており、この判定
器59は、入口圧力P1 と出口圧力P2 との圧力比(=
2/P1 )を、所定の値(臨界圧力比)cと比較し
て、その結果に応じて判定信号を出力するしくみになっ
ている。
【0032】このようなソニックノズルでは、上述した
ように、入口圧力P1 と出口圧力P2 との圧力比(=P
2 /P1 )を臨界圧力比c以下に管理することにより、
ノズル本体9の孔部13に音速の流れを発生させて、一
定流量の流れを形成しようとするものである。
【0033】しかして、この実施例によれば、圧力比
(=P2 /P1 )と、所定の値(臨界圧力比)cとを比
較して、その結果としての判定信号を、リアルタイムに
出力しているので、ソニックノズルが有効に機能してい
るか否かを、リアルタイムに判定することができる。
【0034】なお、判定器59の判定結果が、P2 /P
1 >cであり、その判定信号がNGである場合には、ブ
ザーやマーカーランプなどにそのNG信号を出力して、
警報を発するようにしてもよい。
【0035】以上のシステムでは、ノズル本体9の孔部
13を通る流量は、そのときの温度Tm のみにより限定
されて、ノズル前後の圧力比が、臨界圧力比以下であれ
ば圧力差に影響されないことが分かる。しかし、入口圧
力Pm の影響は受ける。図6に示す実施例では、ノズル
前後の圧力比を臨界圧力比以下に保つと共に、この入口
圧力Pm を絞り弁63により制御して、希望する正確な
定流量を発生させようとするものである。
【0036】ソニックノズルの前に、検査すべき機器な
どのワークを連結すると、式(3)から明らかなよう
に、ノズル前状態(P1 、T1 )が変化する。
【0037】一般に、このソニックノズルの納入時に
は、いわゆる標準状態時である所の、P1 =760(mm
Hg)、温度T1 =293(20(℃))の時の流量Q0
が、参考流量として添付されている。式(3)より、こ
の時の流量Q0 は、
【0038】
【数4】 ソニックノズルの前に、検査すべき機器などのワークを
連結した後の、実際の使用下(P1 、T1 )での標準状
態時流量Qm は、
【0039】
【数5】 式(5)に、式(4)を代入すると、
【0040】
【数6】 を得る。
【0041】即ち、本実施例によれば、式(6)より明
らかなように、標準状態時の流量Qm を一定にするため
に、入口圧力P1 を調整する。
【0042】図6を参照して、ハウジング21の頭部に
は、入口流路23aにつながるポート61が設けられ、
このポート61には入口圧力を制御するための弁体63
がねじ込まれる。この弁体63をねじ込むと、入口流路
23aは絞られ、入口圧力Pm は低くなるしくみであ
る。
【0043】これによれば、入口流路23a内への弁体
63の突出量を調整することにより、入口圧力Pm を制
御して、標準状態時換算流量Qm を任意の値に制御する
ようにしたから、各種の気体を一定割合で混合したり、
ガスクロマトグラフなどの試料の規定サンプリングをし
たりする場合などに、これを使用することができるとい
う効果を奏する。
【0044】なお、上述のソニックノズルに真空ポンプ
15をつなぎ、この真空ポンプ15により定流量を得る
際に、ノズル前に仮検査機器などのワークを接続する
と、P1 が低くなり、Q0 が流れなくなる。
【0045】このような使用方法の場合は、使用条件よ
りも大きな流量Q0 のノズルを用意する。また、臨界圧
力比をcとした場合に、変化可能なP1 は、P1 ≧(P
2 /c)であるので、流量Q0 は、使用する真空ポンプ
15の能力により決定されるので、できるだけ、真空能
力の高いポンプを用意する。
【0046】ここで、一般的な真空ポンプ15により1
00(mmHg)abs まで吸引するとし、臨界圧力比をc=
0.5とすると、
【0047】
【数7】 となる。即ち、これから明らかなように、流量の調整
は、大気圧力から200(mmHg)abs の範囲で可能にな
る。これを、式(6)に代入して、Qm の可能変化比を
求めると、
【0048】
【数8】 即ち、200(mmHg)abs の真空を得られるポンプで
は、Q0 を設計値の値である所の、1から1/3.8ま
での範囲で変更することが可能になる。したがって、こ
の場合は、実際に希望するQ0 よりも、2倍程度大きい
ノズルを用いてシステムを構成すればよい。
【0049】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ノズル本体が取り外しできるので、開口面積
の異なるノズル本体を複数用意しておけば、それを交換
することにより、流量を簡単に変更することができる。
また、流体を音速で流すため、ノズル本体は磨耗しやす
いが、これをSUS316Lやセラミクスなどの堅くて
磨耗しにくい材料により製造しておけば、ノズル本体の
寿命を向上させることができる。ハウジングには、SU
S303などの材料を使用しておけば、その加工を極め
て容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による定流量発生装置の一実施例を示す
断面図である。
【図2】定流量発生装置の使用例を示す系統図である。
【図3】定流量発生装置の使用例を示す系統図である。
【図4】他の実施例を示す断面図である。
【図5】別の実施例を示す断面図である。
【図6】更に別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,21 ハウジング 5,23 入口 7,25 出口 9,39 ノズル本体 11,43,45 Oリング 13,41 孔部 37 ニードル弁体 55 入口圧力センサ 57 出口圧力センサ 59 判定器 63 弁体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ハウジング内に設けたノズル本体を通る
    流体の流速を音速に制御することにより、ノズル本体を
    通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置にお
    いて、前記ノズル本体を前記ハウジング内に取り外し可
    能に装着したことを特徴とする定流量発生装置。
  2. 【請求項2】 ハウジング内に設けたノズル本体を通る
    流体の流速を音速に制御することにより、ノズル本体を
    通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置にお
    いて、前記ノズル本体の開口面積を調整自在な弁体を設
    けたことを特徴とする定流量発生装置。
  3. 【請求項3】 ハウジング内に設けたノズル本体を通る
    流体の流速を音速に制御することにより、ノズル本体を
    通る流体の流量を定流量に制御する定流量発生装置にお
    いて、前記ノズル本体の入口と出口との圧力比が所定の
    圧力比以下であるか否かを判別する判定器を設けたこと
    を特徴とする定流量発生装置。
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