JPH0994451A - ガス混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種類の異なるガスを混合するガス混合装置に
おいて、機器の精度への依存による混合精度低下及びガ
スの流量の急激な変化による濃度変動を回避するととも
に、所望の混合精度の混合ガスの生成を可能とするガス
混合装置を提供すること。 【解決手段】 オートプレッシャーレギュレータ３Ａ、
３Ｂにより、ガスＡ、ガスＢを所定の圧力に調整し、常
に一定のガスが供給されるようにする。そして、制御ユ
ニット５からのデジタル信号によって制御されるデジタ
ルマスフローコントローラ８Ａ、８Ｂにより、ガスＡ、
ガスＢの流量を所定の設定流量に制御して混合ガスを生
成し、ステンレス鋼製金網１０ｓを取り付けたバッファ
タンク１０に一旦蓄積してから流出させることにより、
混合精度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種類の異なるガス
を混合するガス混合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来における種類の異なるガスを混合す
るガス混合装置について、図面を参照して説明する。

【０００３】図２は、従来のガス混合装置の第一の構成
例を示すブロック図である。図において、５０Ａ、５０
Ｂは各々ガスＡ、ガスＢが供給されるガスラインであ
る。５１Ａ、５１Ｂは各々ガスライン５０Ａ、５０Ｂに
設けられた圧力調整用弁であり、ガスライン５０Ａ、５
０Ｂを開閉する。５２Ａ、５２Ｂは手動によりガスライ
ン５０Ａ、５０Ｂを開閉し、ガスＡ、ガスＢの流れを導
通又は遮断する手動バルブである。

【０００４】５３はガスＡの流量を制御するマスフロー
コントローラである。ここで、マスフローコントローラ
とは、流量制御部分に電圧信号を受けるセンサと該セン
サが受けた電圧信号に応じて制御される弁部とを有し、
設定した流量をアナログ電圧信号にして該センサへ与え
ることによってガスの流量を制御するものである。５４
はガスＢの流量を検出するマスフローメータであり、そ
の検出結果を電気系ライン５５を介して電気信号の形で
制御装置５６へ送信する。

【０００５】制御装置５６は、受信した前記検出結果に
応じてガスＡの濃度が設定した所望の濃度となるように
ガスＡの流量を決定し、それを指示する電気信号をマス
フローコントローラ５３へ送信する。また、バッファタ
ンク５７を介して流出する混合ガスの流量を制御するマ
スフローコントローラ５８に対し、混合ガスの使用流量
を指示する電気信号を送信する。なお、図中の各ブロッ
クを結ぶ実線は、ガスラインを示すものである。

【０００６】このような構成において、ガスＡ及びガス
Ｂの混合ガスが生成される。このとき、制御装置５６か
らマスフローコントローラ５８へ指示される混合ガスの
使用流量が変化すると、マスフローコントローラ５３及
びマスフローメータ５４におけるガスの流量が変動す
る。そして、制御装置５６がマスフローメータ５４によ
り検出されたガスＢの流量に応じてマスフローコントロ
ーラ５３を制御し、混合後のガスＡの濃度が常に一定と
なるようにする。

【０００７】図３は、従来のガス混合装置の第二の構成
例を示すブロック図である。図において、５９は計装用
ガスを空気信号の形で伝達する計装ガス系ライン６０を
介して制御装置６１により開閉される空気圧バルブであ
る。この空気圧バルブ５９の開閉によりマスフローコン
トローラ６２Ａ、６２Ｂにおけるガスの流入／流出が制
御される。

【０００８】６３はバッファタンク５７内の圧力を検出
する圧力指示計であり、これによる検出値は電気信号の
形で制御装置６１へ送信される。６４は所定の使用流量
に応じて混合ガスの流量を制御するマスフローコントロ
ーラである。なお、前記図２における構成要素と同様の
構成要素については、同一の符号を用いて表すものと
し、その説明を省略する。

【０００９】このような構成において、制御装置６１
が、マスフローコントローラ６２Ａ、６２Ｂによって制
御されるガスの流量を各々独立に制御し、所望の濃度の
混合ガスを生成する。この場合、ガスの流量は、マスフ
ローコントローラの流量制御精度が比較的良い高流量域
に設定する。

【００１０】これにより生成された混合ガスは、バッフ
ァタンク５７、マスフローコントローラ６４を介して流
出する。この流出する混合ガスの流量は、マスフローコ
ントローラ６４によって所定の使用流量に制御される。
また、使用流量が変化するとバッファタンク５７内の圧
力が変化する。そして、該圧力が一定の上限値に達した
ときは空気圧バルブ５９を閉じ、一定の下限値に達した
ときは空気圧バルブ５９を開くという動作を繰り返し行
うことによって所定の使用流量の供給を維持する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した第
一の構成例によるガス混合装置においては、ガスの混合
の精度がマスフローコントローラ５３とマスフローメー
タ５４の精度に依存するため、所望の混合精度による混
合ガスを生成することが困難であるという問題点を有し
ていた。さらに、マスフローコントローラ５３及びマス
フローメータ５４の精度は、各々に機差があり、所望の
混合精度を満たすことをより困難としていた。

【００１２】又、上述した第二の構成例によるガス混合
装置においては、第一の構成例によるガス混合装置同
様、混合の精度がマスフローコントローラ６２Ａ、６２
Ｂの精度に依存するとともに、マスフローコントローラ
６２Ａ、６２Ｂにおけるガスの流入／流出が空気圧バル
ブ５９の開閉によって制御されるため、ガスの流量が急
激に変化し、精度を乱す要因となっているという問題点
を有していた。

【００１３】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、機器の精度への依存による混合精度低下を軽
減し得るとともに、ガスの流量の急激な変化による濃度
変動を回避することができ、かつ、所望の混合精度を十
分満たした混合ガスの生成を可能とするガス混合装置を
提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
種類の異なるガスを混合するガス混合装置において、供
給される各種ガスの圧力を設定圧力にして流出させる圧
力調整手段と、前記圧力調整手段から流出した前記各種
ガスをデジタル信号によって指示される設定流量に制御
して流出させる第一の流量制御手段と、前記第一の流量
制御手段から流出した前記各種ガスを混合した混合ガス
を一旦蓄積して供給する蓄積手段と、前記蓄積手段内部
の圧力を検出する圧力検出手段と、前記蓄積手段から供
給される前記混合ガスの所望の使用流量を流出させる第
二の流量制御手段と、前記圧力調整手段に対して前記第
一の流量制御手段へのガスの供給に適合した圧力を前記
設定圧力として指示し、混合後における前記各種ガスが
所望の濃度となるための前記各種ガスの流量を前記所望
の使用流量及び前記圧力検出手段の検出結果に応じて決
定し、その決定した流量を前記第一の流量制御手段に対
して前記設定流量と対応するデジタル信号によって指示
し、前記第二の流量制御手段に対して前記混合ガスの前
記所望の使用流量を指示する制御手段とを有することを
特徴としている。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載のガ
ス混合装置において、前記制御手段は、前記第一の流量
制御手段に対して前記設定流量を指示する場合におい
て、前記各種ガスの流量を低流量から徐々に増加させて
前記設定流量とするように指示することを特徴としてい
る。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のガス混合装置において、前記制御手段は、前記混合
ガスのうちの所定の種類のガスの濃度を精密に検出する
濃度検出手段により、該所定の種類のガスの濃度をチェ
ックし、その結果と所望する該所定の種類のガスの濃度
が一致するよう、指示する流量を補正して記憶し、この
記憶した流量を前記設定流量として指示することを特徴
としている。

【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１又は２記
載のガス混合装置において、前記制御手段は、前記第一
の流量制御手段に対して指示する前記各種ガスの設定流
量を高流量域から低流量域に変化させた場合の各々の流
量域に関して、前記混合ガスのうちの所定の種類のガス
の濃度を精密に検出する濃度検出手段により検出した検
出結果と前記所定の種類のガスの前記所望の濃度とが一
致するように前記設定流量とそれを指示するデジタル信
号の対応を補正したデータを記憶し、該データに基づい
て前記第一の流量制御手段に対する前記設定流量の指示
を行う制御手段であることを特徴としている。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれかの項記載のガス混合装置において、前記蓄積手段
は、前記混合ガスの流入口と流出口との間に所定の材質
の網状物が取り付けられている蓄積手段であることを特
徴としている。

【００１９】請求項６記載の発明は、請求項１〜５のい
ずれかの項記載のガス混合装置において、前記制御手段
は、前記第一の流量制御手段に対して指示する前記設定
流量を高流量域の所定の流量のみとし、前記圧力検出手
段の検出結果に応じてガスの混合の中断／再開を指示す
ることを特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に
よるガス混合装置の構成を示すブロック図である。

【００２１】この図において、１Ａ、１Ｂは、種類の異
なるガスＡ、ガスＢが供給されるガスラインである。２
Ａ、２Ｂは、各々ガスライン１Ａ、１Ｂに設けられた開
閉弁であり、ガスライン１Ａ、１Ｂを開閉する。３Ａ、
３Ｂは、電気系ライン４を介して受信した制御ユニット
５からの指示信号に基づいてガスライン１Ａ、１Ｂにお
けるガスＡ、ガスＢの圧力を調整するオートプレッシャ
ーレギュレータである。

【００２２】制御ユニット５は、外部からの指示を受け
る入力装置及び記憶装置等を有し、該指示や該記憶装置
に記憶された制御プログラム等に基づいてオートプレッ
シャーレギュレータ３Ａ、３Ｂ、空気圧バルブ６等の各
機器を制御する信号を電気信号又は空気信号の形で送信
する。この制御ユニット５が行う動作の詳細については
後述する。

【００２３】空気圧バルブ６は、開閉により、デジタル
マスフローコントローラ８Ａ、８Ｂの前後におけるガス
の流れを導通／遮断するものであり、計装用ガスを空気
信号として伝達する計装ガス系ライン７を介して制御ユ
ニット５により制御される。

【００２４】デジタルマスフローコントローラ８Ａ、８
Ｂは、流量を制御する部分に設けられたセンサに対して
設定した流量を指示する電圧信号をデジタル信号で与え
るマスフローコントローラであり、ガスＡ、ガスＢの流
量を制御する。ここで、流量を指示する電圧信号は、流
量と電圧信号との関係を示す検量線に基づいて制御ユニ
ット５により決定される。検量線は、制御ユニット５内
の記憶装置に記憶されているが、マスフローコントロー
ラのセンサの精度にばらつきがあることから適宜補正が
加えられる。この検量線の補正については後述する。

【００２５】９は一つのガスラインに流入したガスＡ及
びガスＢを攪拌するミキサーである。１０は混合ガスを
一旦蓄積するバッファタンクである。このバッファタン
ク１０内の中央部には、ステンレス鋼製金網（ＳＵＳメ
ッシュ）１０ｓがガスの進行方向に対して垂直に取り付
けられており、ガスラインが内部の所定の位置まで入り
込んでいる。１１はバッファタンク１０内の圧力を検出
する圧力指示計であり、これによる検出値は電気信号の
形で制御ユニット５へ送信される。１２は制御ユニット
５によって指示される混合ガスの使用流量に応じて生成
された混合ガスの流出量を制御するマスフローコントロ
ーラである。

【００２６】１３は開閉により混合ガスの流れを導通又
は遮断する手動バルブである。１４は可変流量の手動バ
ルブであり、所定量の混合ガスを分析計１５へ供給す
る。分析計１５は、ガスＡの濃度を精密に測定する濃度
測定器からなり、測定した濃度をモニタリングする機能
を有する。この分析計１５は、後述する検量線の補正に
おいて用いられる。このため、検量線の補正終了後は取
り外され、又は手動バルブ１３、１４によって混合ガス
の供給を停止されて濃度測定を終了する等、必要に応じ
て設置・使用される。

【００２７】次に、上記実施形態によるガス混合装置の
動作について説明する。まず、開閉弁２Ａ、２Ｂを開と
し、ガスＡ、ガスＢの供給を開始する。このとき、制御
ユニット５からの指示信号により、ガスＡ、ガスＢの圧
力がデジタルマスフローコントローラ８Ａ、８Ｂの耐圧
を考慮した使用圧力（以下、「設定圧力」という）とな
るようオートプレッシャーレギュレータ３Ａ、３Ｂを制
御する。これにより、デジタルマスフローコントローラ
８Ａ、８Ｂの入口へ供給されるガスＡ、ガスＢの圧力が
調整される。

【００２８】そして、ガスＡの設定濃度を制御ユニット
５へ入力してガスの混合開始を指示すると、制御ユニッ
ト５からの空気信号により、全ての空気圧バルブ６が開
とされる。また、これと同時に、デジタルマスフローコ
ントローラ８Ａ、８Ｂに対し、前記設定濃度となる一定
の流量（以下、「設定流量」という）のガスＡ、ガスＢ
を徐々に流し始めるよう指示する電気信号が、制御ユニ
ット５からデジタル信号の形で送信され、ガスの混合が
開始される。

【００２９】混合されたガスＡ及びガスＢは、ミキサー
９によって混じられ、バッファタンク１０へ流入する。
バッファタンク１０では、ステンレス鋼製金網１０ｓに
より、流入口の混合ガスと流出口の混合ガスの濃度が均
一化される。

【００３０】このとき、手動バルブ１３、１４を開とし
ておき、分析計１５へ混合ガスを供給する。すると、精
密に測定した混合後のガスＡの濃度とそのときの設定濃
度とのずれが分かるので、これに基づいてデジタルマス
フローコントローラ８Ａ又は８Ｂへ設定流量を指示する
電気信号を補正する。

【００３１】さらに、デジタルマスフローコントローラ
８Ａ又は８Ｂにおける設定流量を低流量域から高流量域
へ変化させつつ、上記同様の設定流量指示の補正を行う
ことにより、検量線の補正を行う。そして、補正した検
量線を制御ユニット５内の記憶装置に記憶する。

【００３２】これにより、以降の混合ガスの生成におい
ては、デジタルマスフローコントローラ８Ａ、８Ｂにお
けるガスＡ、ガスＢの流量制御に補正後の検量線を用い
ることができる。従って、分析計１５による監視を要せ
ずしてより正確な混合を行うことができ、所望の設定濃
度の混合ガスを得ることができる。そして、制御ユニッ
ト５からの指示に基づいたマスフローコントローラ１２
の流量制御により、所望の使用流量の分の混合ガスを流
出させる。

【００３３】以後、上記同様、供給されるガスＡ、ガス
Ｂの圧力をオートプレッシャーレギュレータ３Ａ、３Ｂ
によって設定圧力に制御するとともに、使用流量及び圧
力指示計１１によって検出されるバッファタンク１０内
の圧力に応じてデジタルマスフローコントローラ８Ａ、
８Ｂを制御することにより、所望の設定濃度の混合ガス
を生成する。

【００３４】なお、圧力指示計１１によって検出された
バッファタンク１０内の圧力が所定の上限に達したとき
には、全ての空気圧バルブ６を閉とするとともに、デジ
タルマスフローコントローラ８Ａ、８Ｂを全閉とし、混
合を中断する。

【００３５】また、本実施形態によるガス混合装置にお
いては、設定流量を、デジタルマスフローコントローラ
８Ａ、８Ｂの流量制御精度が比較的高い高流量域のある
一点に設定してガスの混合を行うものとしてもよい。こ
の場合は、圧力指示計１１によって検出されたバッファ
タンク１０内の圧力が所定の上限に達したときに全ての
空気圧バルブ６を閉とすると同時に、デジタルマスフロ
ーコントローラ８Ａ、８Ｂを全閉として混合を中断し、
再び混合を開始する際に全ての空気圧バルブ６を開とす
ると同時に、設定流量のガスＡ、ガスＢを徐々に流し始
めるようにする、という動作を繰り返す。これにより、
精度の高い流量制御の下でガスを混合することができる
ので、より混合精度の高い混合ガスを生成することがで
きる。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
各種ガスの設定流量をデジタル信号によって指示するの
で、流量とそれを指示する信号との対応の直線性が向上
する。これにより、各流量制御手段の精度の相違に基づ
く混合精度の低下を回避することができるとともに、流
量指示の信号がデジタル信号形式で伝送されるので、ア
ナログ信号によって流量を指示する場合に比べ伝送ロス
が少ないという効果が得られる。

【００３７】また、圧力調整手段によって、供給される
各種ガスの圧力を調整してから混合を行うことにより、
各種ガスの不測の流量変動を防止することができる。特
に、請求項２記載の発明によれば、ガスの混合開始当初
において指示される流量を設定流量そのものとせず、徐
々に増加するように流量指示がなされるので、急激にガ
スを流入させた場合のように流量が乱れることがない。
これらにより、ガスの流れを常に安定した状態に保つこ
とができ、混合精度を高めることができるという効果が
得られる。

【００３８】更に、請求項３記載の発明によれば、混合
後のガスの濃度を検出して流量指示の補正を行うので、
所望の設定濃度を満たす正確な流量制御が可能となる。
そして、より進んだ請求項４記載の発明によれば、各流
量域における前記補正のためのデータを取得しておくこ
とにより、以降の混合においては、混合後のガスの濃度
を検出せずとも正確な流量制御を行うことができるとい
う効果が得られる。

【００３９】加えて、請求項５記載の発明によれば、蓄
積手段に混合ガスを一旦蓄積して流出させる際に、網状
物の網目を通過させることにより、混合ガス中の各種ガ
スの濃度を均一化する。これにより、使用流量の変動等
によって設定流量が変化しても混合精度の高い混合ガス
を得ることができる。

【００４０】なお、請求項６記載の発明によれば、流量
制御手段の精度が良い高流量域において流量制御を行う
ようにし、生成される混合ガスの量を混合の中断／再開
によって調整する。これにより、流量制御精度が良い状
況下でガスの混合を行うことができ、混合精度を向上さ
せることが可能となるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態によるガス混合装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】 従来のガス混合装置の第一の構成例を示すブ
ロック図である。

【図３】 従来のガス混合装置の第二の構成例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

３Ａ、３Ｂ オートプレッシャーレギュレータ ５ 制御ユニット ８Ａ、８Ｂ デジタルマスフローコントローラ １０ バッファタンク １０ｓ ステンレス鋼製金網 １１ 圧力指示計 １２ マスフローコントローラ １５ 分析計

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種類の異なるガスを混合するガス混合装
   置において、 供給される各種ガスの圧力を設定圧力にして流出させる
   圧力調整手段と、 前記圧力調整手段から流出した前記各種ガスをデジタル
   信号によって指示される設定流量に制御して流出させる
   第一の流量制御手段と、 前記第一の流量制御手段から流出した前記各種ガスを混
   合した混合ガスを一旦蓄積して供給する蓄積手段と、 前記蓄積手段内部の圧力を検出する圧力検出手段と、 前記蓄積手段から供給される前記混合ガスの所望の使用
   流量を流出させる第二の流量制御手段と、 前記圧力調整手段に対して前記第一の流量制御手段への
   ガスの供給に適合した圧力を前記設定圧力として指示
   し、混合後における前記各種ガスが所望の濃度となるた
   めの前記各種ガスの流量を前記所望の使用流量及び前記
   圧力検出手段の検出結果に応じて決定し、その決定した
   流量を前記第一の流量制御手段に対して前記設定流量と
   対応するデジタル信号によって指示し、前記第二の流量
   制御手段に対して前記混合ガスの前記所望の使用流量を
   指示する制御手段とを有することを特徴とするガス混合
   装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記第一の流量制御手
   段に対して前記設定流量を指示する場合において、前記
   各種ガスの流量を低流量から徐々に増加させて前記設定
   流量とするように指示することを特徴とする請求項１記
   載のガス混合装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のガス混合装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記混合ガスのうちの所定の種類のガ
   スの濃度を精密に検出する濃度検出手段により、該所定
   の種類のガスの濃度をチェックし、その結果と所望する
   該所定の種類のガスの濃度が一致するよう、指示する流
   量を補正して記憶し、この記憶した流量を前記設定流量
   として指示することを特徴とするガス混合装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載のガス混合装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記第一の流量制御手段に対して指示
   する前記各種ガスの設定流量を高流量域から低流量域に
   変化させた場合の各々の流量域に関して、前記混合ガス
   のうちの所定の種類のガスの濃度を精密に検出する濃度
   検出手段により検出した検出結果と前記所定の種類のガ
   スの前記所望の濃度とが一致するように前記設定流量と
   それを指示するデジタル信号の対応を補正したデータを
   記憶し、該データに基づいて前記第一の流量制御手段に
   対する前記設定流量の指示を行う制御手段であることを
   特徴とするガス混合装置。
5. 【請求項５】 前記蓄積手段は、前記混合ガスの流入口
   と流出口との間に所定の材質の網状物が取り付けられて
   いる蓄積手段であることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれかの項記載のガス混合装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかの項記載のガス
   混合装置において、 前記制御手段は、前記第一の流量制御手段に対して指示
   する前記設定流量を高流量域の所定の流量のみとし、前
   記圧力検出手段の検出結果に応じてガスの混合の中断／
   再開を指示することを特徴とするガス混合装置。