JPH10128102A - 混合ガス供給システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力変動に拘わらず、所望の混合精度を確保
しつつ、安定した混合比率の混合ガスを得ることができ
る混合ガス供給システムを提供する。 【解決手段】 原料ガス１ａ，１ｂを混合器２に導入さ
せるガス導入路３，４と、各原料ガス１ａ，１ｂの混合
器２への導入量を一定に調整する流量調整器５₁，５₂
と、流量調整器５₁ ，５₂ の入口側圧力を同一圧に制
御，保持するための均圧弁１４と、混合器２で得られた
混合ガス１を混合ガス使用部８に供給させるガス供給路
９とを具備するシステムを、流量調整器５₁ ，５₂ の入
口側圧力に対する出口側圧力の圧力比が臨界圧力比以下
である条件であって流量調整器内におけるガス流速が音
速となる条件、上記圧力比が所定の圧力比以下である条
件であって流量調整器内におけるガス流速が音速又は亜
音速となる条件、又は上記圧力比が所定の圧力比以下で
ある条件であって流量調整器内におけるガス流速が音速
に達しない条件、の何れかの条件で運転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体，溶接，原
子力，医療関連分野等で使用される各種工業用雰囲気ガ
ス、ガス器具の安全確認のために使用されるテストガス
や医療用合成空気等の多成分ガスを製造，供給するため
の混合ガス供給システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の混合ガス供給システムと
しては、例えば、図８に示す如く構成された工業用雰囲
気ガスの供給システム（以下「第１従来システム」とい
う）や図９に示す如く構成された医療用合成空気の供給
システム（以下「第２従来システム」という）が知られ
ている。

【０００３】すなわち、第１従来システムは、図８に示
す如く、主原料ガス（窒素又はアルゴン）１０１ａと一
種の副原料ガス（酸素、水素又は炭酸ガス）１０１ｂと
を混合させて工業用雰囲気ガスたる混合ガス１０１を得
るための混合器１０２と、これらの原料ガス１０１ａ，
１０１ｂを、各々、原料ガス供給源１１１，１１２から
減圧弁１１３，１１４、流量調整用ニードル弁１１７，
１１８及びフロート式流量計１１９，１２０を経て混合
器１０２に導入させる第１及び第２原料ガス導入路１０
３，１０４と、混合ガス１０１を混合器１０２から所定
の混合ガス使用部１０８に供給させる混合ガス供給路１
０９と、を具備してなる。

【０００４】また、第２従来システムは、図９に示す如
く、主原料ガス（窒素）２０１ａと一種の副原料ガス
（酸素）２０１ｂとを混合させて合成空気たる混合ガス
２０１を得るための混合器２０２と、これらの原料ガス
２０１ａ，２０１ｂを、各々、原料ガス供給源２１１，
２１２から減圧弁２１３，２１４、遮断弁２１５，２１
６、流量調整用オリフィス２１７，２１８及びフロート
式流量計２１９，２２０を経て混合器１０２に導入させ
る第１及び第２原料ガス導入路２０３，２０４と、混合
ガス２０１を混合器２０２から所定の混合ガス使用部２
０８に供給させる混合ガス供給路２０９と、混合ガス供
給路２０９に配設したバッファタンク２２１及びその下
流側の減圧弁２２２とを具備してなる。なお、遮断弁２
１５，２１６は、バッファタンク２２１内の圧力に応じ
て作動する圧力スイッチ２２３により電気的に開閉制御
されるものである。

【０００５】而して、第１又は第２従来システムにあっ
ては、原料ガス１０１ａ，１０１ｂ又は２０１ａ，２０
１ｂが、その圧力を減圧弁１１３，１１４又は２１３，
２１４により一定の同一圧に調整された上、その流量を
各々ニードル弁１１７，１１８又はオリフィス２１７，
２１８により調整されて、混合器１０２に導入されるよ
うになっており、混合器１０２においてニードル弁１１
７，１１８又はオリフィス２１７，２１８で設定された
混合比率の混合ガス１０１又は２０１が得られるように
なっている。すなわち、ニードル弁１１７，１１８又は
オリフィス２１７，２１８の入口側圧力が減圧弁１１
３，１１４又は２１３，２１４により同一圧に保持され
ていることから、混合器１０２又は２０２においては、
原料ガス１０１ａ，１０１ｂ又は２０１ａ，２０１ｂの
混合が安定して行なわれることになり、ニードル弁１１
７，１１８又はオリフィス２１７，２１８で設定した流
量比率に相当する混合比率の混合ガス１０１又は２０１
を得ることができるのである。なお、第２従来システム
にあっては、混合ガス２０１が医療用として使用される
合成空気であることから、混合ガス２０１を、その濃度
変化を少なくするために、バッファタンク２２１内で均
一化した上で混合ガス使用部２０８に供給させるように
してある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、第１従来シス
テムにあっては、混合ガス使用部１０８側に圧力変動が
あると、その影響によりニードル弁１１７，１１８の出
口側圧力が変動するが、このように出口側圧力が変動す
ると、その圧力変動がニードル弁１１７，１１８の入口
側に伝播されて、ニードル弁１１７，１１８からの原料
ガス流出量が変化し、所定の混合比率が確保できない虞
れが生じる。かかる虞れは、出口側圧力の圧力変動幅が
大きくなるに従って顕著となる。一般に、第１従来シス
テムでは、混合ガス使用部１０８側の圧力変動により、
混合比率（混合ガスにおける副原料ガス濃度（vol
％））が±３〜５vol ％の範囲で変化する。

【０００７】一方、第２従来システムにあっては、混合
ガス使用部２０８側の流量，圧力変動がバッファタンク
２２１により緩和されることから、圧力スイッチ２２３
の作動幅を適当な範囲に設定しておくことにより、第１
従来システムに比して、混合比率（混合ガスにおける副
原料ガス濃度（酸素濃度））の変動幅をより低く抑えて
おくことができるものの、さほど高い混合精度を得るこ
とができる訳ではなく、医療用合成空気のような高い混
合精度が要求される場合には対応し切れない。例えば、
圧力スイッチ２２３の作動幅を０．５〜１．０ｋｇ／ｃ
ｍ² Ｇに設定しておくと、混合比率（酸素濃度（vol
％））の変動幅を±１．０〜１．５vol ％とすることが
できるが、医療用合成空気に要求される混合精度は±
０．５vol ％以下であるため、医療用合成空気の供給シ
ステムとしては甚だ不充分である。

【０００８】したがって、第１及び第２従来システム
は、混合ガス使用部１０８，２０８側に圧力変動が生じ
るような条件下では、一定精度以上の混合ガス１０１，
２０１を供給させることができず、使用条件が大幅に制
限されているのが実情である。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、混合ガス使用部側の圧力変動に拘わらず、混合
ガスの使用目的等に応じて要求される所望の混合精度を
確保しつつ、安定した混合比率の混合ガスを得ることが
できる混合ガス供給システムを提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の混合ガス供給シ
ステムは、主原料ガスと一種又は複数種の副原料ガスと
を混合させる混合器と、これらの原料ガスを混合器に導
入させる複数の原料ガス導入路と、各原料ガス導入路に
配設されており、主原料ガスの混合器への導入量を一定
に調整する第１流量調整器及び副原料ガスの混合器への
導入量を主原料ガス導入量に応じた所定量に調整する一
又は複数の第２流量調整器と、これらの流量調整器の入
口側圧力を所定の同一圧に制御，保持する圧力制御機構
と、混合器で得られた混合ガスを所定の混合ガス使用部
に供給させる混合ガス供給路と、を具備するものであっ
て、以下の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の何れかの条件で運転さ
せるようにしたものである。 （Ａ） 上記流量調整器の入口側圧力に対する出口側圧
力の圧力比が臨界圧力比以下である条件であって流量調
整器内におけるガス流速が音速となる条件。 （Ｂ） 上記圧力比が所定の圧力比以下である条件であ
って流量調整器内におけるガス流速が音速又は亜音速と
なる条件。 （Ｃ） 上記圧力比が所定の圧力比以下である条件であ
って流量調整器内におけるガス流速が音速に達しない条
件。

【００１１】かかる混合ガス供給システムにあっては、
少なくとも一の第２流量調整器を、副原料ガスの混合器
への導入量を変更調整しうる流量調整機構を有するもの
としておくことが好ましい。このようにすれば、混合ガ
スの混合比率を任意に変更することができる他、混合比
率を変更させる必要のない場合（例えば、主原料ガスで
ある窒素と副原料ガスである酸素とを混合させて、酸素
濃度を２１vol ％に固定した医療用合成空気を得る場
合）においても、混合比率を固定させるために必要なシ
ステム全体の微調整を好適に行なうことができる。

【００１２】また、圧力制御機構が作動ガスにより作動
される均圧弁を具備するものであり、その作動ガスとし
て原料ガスの一部を使用するように構成しておくことが
好ましく、かかる場合、均圧弁作動後の作動ガスを外部
に放出しない構成としておくことが好ましい。例えば、
均圧弁作動後の作動ガスを、原料ガス導入路に配設され
た流量調整器と同一機能の第３流量調整器を介して原料
ガスと共に混合器に導入させるように構成しておくか、
或いは、第１又は第２流量調整器の上流側における原料
ガス導入路部分に返戻させて、原料ガスと共に当該第１
又は第２流量調整器を経て混合器に導入させるように構
成しておく。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の混合ガス供給シス
テムの構成を図１〜図７に示す第１〜第５の各実施の形
態に基づいて具体的に説明する。各実施の形態は、主原
料ガスである窒素と一種の副原料ガスである酸素との混
合ガスである医療用合成空気（人工空気）を所定の混合
ガス使用部に供給させる場合に使用する混合ガス供給シ
ステムに本発明を適用した例に係る。なお、以下の説明
において、混合ガス（合成空気）の混合比率とは、混合
ガスにおける副原料ガスの含有比率つまり酸素濃度（vo
l ％）を意味するものとする。

【００１４】図１は第１の実施の形態における混合ガス
供給システム（以下「第１システム」という）及び第２
の実施の形態における混合ガス供給システム（以下「第
２システム」という）を示したもので、第１システム又
は第２システムは、図１に示す如く、主原料ガス（窒
素）１ａと副原料ガス（酸素）１ｂとを混合させる混合
器２と、各原料ガス１ａ，１ｂを混合器２に導入させる
第１及び第２原料ガス導入路３，４と、各原料ガス導入
路３，４に配設された第１及び第２流量調整器５ ₁ ，５
₂ と、これらの流量調整器５₁ ，５₂ の入口側圧力を所
定の同一圧に制御，保持する圧力制御機構７と、混合器
２で得られた混合ガス（合成空気）１を所定の混合ガス
使用部８に供給させる混合ガス供給路９と、システム起
動・停止機構１０とを具備する。

【００１５】第１及び第２原料ガス導入路３，４は、図
１に示す如く、ガスタンク等の適宜の原料ガス供給源１
１，１２から流量調整器５₁ ，５₂ の下流側において合
流された上で混合器２に導かれており、流量調整器
５₁ ，５₂ により所定流量に調整された原料ガス１ａ，
１ｂを混合器２に導入する。なお、各原料ガス供給源１
１，１２には入口弁１１ａ，１２ａが設けられている。

【００１６】圧力制御機構７は、図１に示す如く、第１
流量調整器５₁ の上流側において第１原料ガス導入路３
に配設した減圧弁１３と、第２流量調整器５₂ の上流側
において第２原料ガス導入路４に配設した均圧弁１４
と、減圧弁１３と第１流量調整器５₁ との間において第
１原料ガス導入路３から分岐して均圧弁１４の作動部に
導いた作動ガス導入路１５とを具備してなる。

【００１７】減圧弁１３は、第１流量調整器５₁ に流入
する第１原料ガス１ａの圧力を減圧調整して、第１流量
調整器５₁ の入口側圧力を予め設定された一定圧に保持
するものである。減圧弁１３による調整圧つまり第１流
量調整器５₁ の入口側圧力は、混合ガス１の混合ガス使
用部８への供給圧力等に応じて適宜に設定される。均圧
弁１４は、その作動部に所定圧の作動ガス１ｃを導入さ
せることにより作動されるガス作動弁であり、第２流量
調整器５₂ に流入する第２原料ガス１ｂの圧力を作動ガ
ス１ｃと同圧に制御，保持するように構成されている。
作動ガス導入路１５は、減圧弁１３により所定圧Ｐ₁ に
調整されて第１流量調整器５₁ に向かう第１原料ガス１
ａの一部を作動ガス１ｃとして均圧弁１４の作動部に導
入させる。したがって、圧力制御機構７によれば、第１
流量調整器５₁ の入口側圧力を減圧弁１３により一定圧
に調整，保持すると共に、第２流量調整器５₂ の入口側
圧力を均圧弁１４により作動ガス１ｃの圧力つまり第１
流量調整器５₁ の入口側圧力と同一圧に制御，保持する
ことができる。すなわち、両流量調整器５₁ ，５₂の入
口側圧力を同一の一定圧Ｐ₁ に保持しうるようになって
いる。

【００１８】混合ガス供給路９は、図１に示す如く、混
合器２から減圧弁１７及び出口弁１８を経て混合ガス使
用部８に導かれていて、第１及び第２原料ガス１ａ，１
ｂからなる混合ガス１を混合器２から混合ガス使用部８
に供給しうるようになっている。なお、当該システムに
あっては、複数の混合ガス使用部８…に各別に混合ガス
１を供給させる場合があるが、かかる場合には、必要に
応じて、図１に鎖線図示する如く、混合ガス供給路９の
末端部分を分岐させて各混合ガス使用部８に導くように
する。

【００１９】システム起動・停止機構１０は、図１に示
す如く、混合器２の下流側に配設したサージタンク１９
と、第１流量調整器５₁ の上流側に配設したガス作動型
の第１遮断弁２０と、均圧弁１４の上流側に配設したガ
ス作動型の第２遮断弁２１と、第１遮断弁２０の上流側
から両遮断弁２０，２１の作動部へと導かれた制御ガス
回路２２と、サージタンク１９内の圧力によりオン・オ
フ作動されて、制御ガス回路２２を開閉制御する圧力ス
イッチ２３とを具備して、混合ガス使用部８側の流量，
圧力変化に応じて当該混合ガス供給システムを自動的に
起動・停止させるように構成されている。すなわち、混
合ガス使用部８側の流量，圧力変化により混合ガス供給
路９の圧力つまりサージタンク１９内の圧力が所定圧
（設定上限圧）以上となると、圧力スイッチ２３により
制御ガス回路２２が開放される。そして、制御ガス回路
２２が開放されると、第１原料ガス１ａの一部が制御ガ
ス１ｄとして制御ガス回路２２から遮断弁２０，２１に
導入されて、遮断弁２０，２１を閉制御し、原料ガス１
ａ，１ｂの導入を停止する。つまり、当該混合ガス供給
システムが停止される。一方、サージタンク１９内の圧
力が所定圧（設定下限圧）以下となると、圧力スイッチ
２３により制御ガス回路２２が閉鎖されて、遮断弁２
０，２１が開動作し、原料ガス１ａ，１ｂの導入を開始
する。つまり、当該混合ガス供給システムが起動され
る。なお、遮断弁２０，２１を、上記した場合と逆作動
して開閉されるものとしておいてもよい。

【００２０】而して、第１システムでは、第１及び第２
流量調整器５₁ ，５₂ として、図２に示す如く、流れ方
向に断面積を漸次小さくした截頭円錐状の入口部５１と
断面一様の円筒状をなして入口部５１から流れ方向に延
びる出口部（スロート部）５２とからなる平行型の先細
ノズル５０ａを使用している。各流量調整器５₁ ，５ ₂
における入口部５１の長さＬ₁ ，開き角θ₁ 及び出口部
５２の径Ｄ₁ ，長さＬ ₂ 等の各部寸法は、（ａ） 流量
調整器５₁ ，５₂ における出口側圧力Ｐ₂ の入口側圧力
Ｐ₁ に対する圧力比Ｐ₂ ／Ｐ₁ が臨界圧力比以下である
とき（以下、このような圧力条件を満足する出口側圧力
Ｐ₂ の範囲を「音速域」といい、音速域から外れる出口
側圧力Ｐ₂ の範囲を「亜音速域」という）において、当
該流量調整器５₁ ，５₂ 内におけるガス流速がその状態
における音速に相当する速度（以下、単に「音速」とい
う）となり、音速域では出口側圧力Ｐ₂ が変動してもガ
ス流速は音速に維持されること、（ｂ） 設計上、音速
域において、混合ガス使用部８の使用条件に応じて決定
される混合ガス１の混合比率（以下「基準混合比率」と
いう）が得られること（基準混合比率は、主として、両
流量調整器５₁ ，５₂ の流量調整部の口径比によって決
定される）、の両条件を共に満足するように設定されて
いる。

【００２１】一方、第２システムでは、第１及び第２流
量調整器５₁ ，５₂ として、図３に示す如く、入口部５
３と出口部５４との間に断面積一定の円筒状の喉部５５
を設けると共に、出口部５４を喉部５５から漸次拡がる
截頭円錐状の拡大管部に構成した末広ノズル構造の中細
ノズル５０ｂが使用されている。各流量調整器５₁ ，５
₂ における入口部５３の開き角θ₂ 、喉部５５の径
Ｄ₂ ，長さＬ₃ 及び出口部５４の長さＬ₄ ，開き角θ₃
等の各部寸法は、上記（ａ）（ｂ）の条件を満足するよ
うに設定されている。特に、音速域を効果的に拡大させ
るためには、出口部５４の開き角θ₃ を可及的に小さく
し且つその長さＬ₄ を大きくするようにしておくことが
好ましい。

【００２２】なお、一の混合ガス供給システムにおける
流量調整器５₁ ，５₂ をすべてノズル構造のものとする
場合、上記した如く、それらのノズル形式は同一として
おくことが好ましい。また、かかる場合において、各ノ
ズルを他のノズルと相似形状をなす（対応する各部分の
径，長さの寸法が一定の比例関係にある）ものとしてお
くことが好ましい。

【００２３】ところで、臨界圧力比とは、一般に、流量
調整器内を流れるガスの最大流速が音速に達したときの
出入口側圧力（以下、このときの出口側圧力Ｐ₂ を当該
流量調整器の「臨界圧力Ｐ_C 」という）の比Ｐ_C ／Ｐ₁
をいい、理論的にはＰ_C ／Ｐ ₁ ＝（２／（Ｋ＋１））
^K/(K-1) （Ｋは当該ガスの比熱比）で与えられるもので
ある。

【００２４】以上のように構成された第１システム又は
第２システムにあっては、各原料ガス１ａ，１ｂが流量
調整器５₁ ，５₂ から混合器２に導入されて混合される
が、両原料ガス１ａ，１ｂは圧力制御機構７により同一
圧Ｐ₁ に保持されているから、混合器２において安定し
た状態で混合されることになる。

【００２５】そして、流量調整器５₁ ，５₂ の出口側圧
力Ｐ₂ が臨界圧力Ｐ_C 以下となる音速条件で、つまり入
口側圧力Ｐ₁ に対する圧力比Ｐ₂ ／Ｐ₁ が臨界圧力比Ｐ
_C ／Ｐ₁ 以下となる音速域においてシステムが運転され
るときは、原料ガス１ａ，１ｂが流量調整器５₁ ，５₂
内を音速で流れることから、出口側圧力Ｐ₂ が混合ガス
使用部８側の圧力変化による影響を受けたとしても、つ
まり出口側圧力Ｐ₂ が音速域で如何に変化したとして
も、各流量調整器５₁ ，５₂ の流速は変化しない。すな
わち、流量調整器５₁ ，５₂ 内を音速で流れる原料ガス
１ａ，１ｂの流れは、流量調整器出口側の圧力変動を流
量調整器入口側に伝播させないから、流量調整器入口側
の圧力状態に相応した安定した質量流量が得られる。

【００２６】したがって、システムが音速域（Ｐ₂ ≦Ｐ
_C ）で運転され且つ同一圧力に維持される限り、混合器
２において得られる混合ガス１における原料ガス１ａ，
１ｂの混合比率は、混合ガス使用部８側の圧力変動に拘
わらず、常に、一定に維持される。すなわち、音速域で
は、出口側圧力Ｐ₂ が如何に変動しても、混合ガス１の
混合比率が変化せず、常に、一定の混合比率の混合ガス
１を混合ガス使用部８へと供給させることができる。

【００２７】なお、原料ガス１ａ，１ｂの音速流れは、
先細ノズル５０ａでは出口部５２において生じることに
なり、中細ノズル５０ｂでは喉部５５において生じ、喉
部５５から漸次拡大する出口部５４において音速以上と
なる。先細ノズル５０ａでは、臨界圧力Ｐ_C ないし臨界
圧力比 Ｐ_C ／Ｐ₁ は理論値に略一致することになる。
一方、中細ノズル５０ｂを使用した場合、出口部５４が
末広ノズルにおける拡大管部と同様に機能することか
ら、喉部５５で発生した音速は、当該ノズル５０ｂの出
口側圧力Ｐ₂ が同一条件における先細ノズル５０ａの臨
界圧力以上に上昇した場合にも保持されることになる。
すなわち、同一条件下では、中細ノズル５０ｂの臨界圧
力Ｐ_C は先細ノズル５０ａの臨界圧力Ｐ_C より高くな
り、音速域は、中細ノズル５０ｂを使用することによっ
て、先細ノズル５０ａを使用した場合に比して拡大され
ることになる。

【００２８】一方、出口側圧力Ｐ₂ が音速域から外れた
亜音速域（Ｐ₂ ＞Ｐ_C ）となる条件下でシステムが運転
される場合、出口側圧力Ｐ₂ の影響を受けて流量調整器
５₁，５₂ からの原料ガス流出量は変化する。しかし、
亜音速域においても、出口側圧力Ｐ₂ が或る一定の圧力
（以下「許容限界圧力Ｐ_L 」という）以下であるときに
は、第１流量調整器５₁ からの第１原料ガス流出量の変
化率と第２流量調整器５₁ からの第２原料ガス流出量の
変化率とが大きく異ならないため、混合ガス１の混合比
率自体はさほど大きく変化しない。すなわち、亜音速域
でも、混合ガス１の混合比率を所望する許容範囲に維持
させておくこと、つまり一定以上の混合精度を確保する
ことが可能となる。なお、許容限界圧力Ｐ_L は、要求さ
れる混合精度つまり基準混合比率の許容範囲に応じて決
定されるもので、同一システムにおいても許容範囲によ
っては許容限界圧力Ｐ_L が異なる場合がある。

【００２９】したがって、第１システム又は第２システ
ムによれば、音速域（Ｐ₂ ≦Ｐ_C ）から亜音速域（Ｐ_C
＜Ｐ₂ ≦Ｐ_L ）に亘る極めて広範な圧力条件下で、一定
以上の混合精度を確保しつつ、安定した混合ガス供給を
行なうことができ、且つ必要とされる混合精度や混合ガ
ス使用部８側の圧力変動に応じた多様なシステム運転が
可能となる。例えば、混合ガス使用部８側の圧力変動が
音速域の範囲内であり且つ極めて高い混合精度が要求さ
れる場合には、システムを音速域でのみ運転（以下「音
速域運転」という）させるようにする。また、さほど高
い混合精度が要求されない場合、混合ガス使用部８側の
圧力変動が亜音速域の範囲内である場合やシステム全体
の圧力差を小さくしたい場合には、システムを亜音速域
でのみ運転（「亜音速域運転」という）させるようにす
る。さらに、条件によっては、音速領域及び亜音速領域
の両領域に亘って運転（以下「両音速域運転」という）
させることも可能である。

【００３０】また、第１システム又は第２システムにあ
っては、高い混合精度が要求されており且つ混合ガス使
用部８側の使用圧力が低い場合、サージタンク１９の設
定圧力幅（設定上限圧と設定下限圧との圧力範囲）を大
幅に拡大することができることから、サージタンク１９
の容量を１／２程度に減少させることができる。また、
圧力スイッチ２３や遮断弁２０，２１の作動回数（通
常、年間で１０万回程度）が１／２程度となり、設備の
スペースや機器類の信頼性の向上において非常に大きな
効果がある。

【００３１】特に、各流量調整器５₁ ，５₂ として末広
ノズル構造の中細ノズル５０ｂを使用する第２システム
では、音速条件が大幅に改善される（例えば、音速域の
圧力条件であるＰ₂ ／Ｐ₁ 値は０．８２である）ことか
ら、原料供給圧力と混合ガス供給圧力との圧力差を可及
的に小さくしつつ高精度の混合ガスを供給させることが
可能となり、実用上極めて有効である。

【００３２】また、図４は第３の実施の形態における混
合ガス供給システム（以下「第３システム」という）及
び第４の実施の形態における混合ガス供給システム（以
下「第４システム」という）を、また図７は第５の実施
の形態における混合ガス供給システム（以下「第５シス
テム」という）を、夫々示したものである。

【００３３】ところで、混合ガス使用部８における混合
ガス使用条件は区々であり、混合比率を変更する必要が
生じる場合もある。一方、第１及び第２システムにあっ
ては、混合ガス１の混合比率が各流量調整器５₁ ，５₂
のノズル形状によって決定され、固定されるため、少な
くとも一方の流量調整器を異なった形状のもの（流出ガ
ス量が異なるノズル形状のもの）に取り替えない限り、
混合比率を変更することはできない。

【００３４】第３〜第５システムは、このように混合比
率を変更する必要のある場合にも容易に対応することが
できるように工夫されたもので、第１又は第２システム
において少なくとも一方の流量調整器（例えば第２流量
調整器５₂ ）を、流量調整機構を有する流量可変なもの
に構成しておくことで、混合比率（基準混合比率）を任
意に変更することができるようになっている。

【００３５】すなわち、第３システムは、図４及び図５
に示す如く、第２流量調整器５₂ として先細ノズル構造
の流量可変ノズル５０ｃを使用したもので、この点を除
いて第１システムと同一構成をなすものである。また、
第４システムは、図４及び図６に示す如く、第２流量調
整器５₂ として中細ノズル構造の流量可変ノズル５０ｄ
を使用したもので、この点を除いて第２システムと同一
構成をなすものである。なお、第３又は第４システム
は、第２流量調整器５₂ の構成を除いて第１又は第２シ
ステムと同一構成をなすものであるから、第２流量調整
器５₂ 以外の各構成部分については、図４において図１
におけると同一の符号を付して、その説明は省略する。

【００３６】第３システムにあっては、第１流量調整器
５₁ として第１システムにおけると同一の平行型の先細
ノズル５０ａ（図２参照）が使用されているが、第２流
量調整器５₂ としては、図５に示す如く、上記第１流量
調整器５₁ と同一形式のノズル（平行型の先細ノズル）
であって、流量調整機構たるニードル体５６の進退によ
り流量を可変ならしめうるように構成された流量可変ノ
ズル５０ｃが使用されている。すなわち、この流量可変
ノズル５０ｃは、図５に示す如く、流れ方向に断面積を
漸次小さくした截頭円錐状の入口部５１´（長さＬ
´₁ ，開き角θ´₁）と断面一様の円筒状をなして入口
部５１´から流れ方向に延びるスロート部たる出口部５
２´（径Ｄ´₁ ，長さＬ´₂ ）とからなる先細ノズル構
造をなし、入口部５１´にノズル軸線（出口部５２´の
中心を通過する軸線）上を進退自在なニードル体５６を
設けて、このニードル体５６を進退させることによりガ
ス流路断面積を変更調整（流量調整部の開度を変更調
整）しうるように構成されたものである。

【００３７】また、第４システムにあっては、第１流量
調整器５₁ として第２システムにおけると同一の末広ノ
ズル構造の中細ノズル５０ｂ（図３参照）が使用されて
いるが、第２流量調整器５₂ としては、図６に示す如
く、上記第１流量調整器５₁ と同一形式のノズル（末広
ノズル構造の中細ノズル）であって、流量調整機構たる
ニードル体５７の進退により流量を可変ならしめうるよ
うに構成された流量可変ノズル５０ｄが使用されてい
る。すなわち、この流量可変ノズル５０ｄは、図６に示
す如く、截頭円錐状の入口部５３´（開き角θ´₂ ）と
截頭円錐状の出口部５４´（長さＬ´₄ ，開き角θ
´₃ ）との間に断面積一定の円筒状の喉部５５´（径Ｄ
´₂ ，長さＬ´₃ ）を設けた末広ノズル構造をなし、入
口部５３´にノズル軸線（喉部５５´の中心を通過する
軸線）上を進退自在なニードル体５７を設けて、このニ
ードル体５７を進退させることによりガス流路断面積を
変更調整（流量調整部の開度を変更調整）しうるように
構成されたものである。

【００３８】各ニードル体５６，５７は、基端方向に漸
次拡径する円錐状部分５６ａ，５７ａを有するものであ
って、この円錐状部分５６ａ，５７ａを出口部５２´又
は喉部５５´に向かって前進させるに従って、ガス流路
断積を漸次小さく（流量調整部の開度を漸次小さく）し
得て、第２流量調整器５₂ からの第２原料ガス１ｂの流
出量を減少させるべく、機能するものである。このニー
ドル体５６，５７の形状、特に円錐状部分５６ａ，５７
ａの拡径率（拡がり角）θ₄ ，θ₅ 及び基端径（最大
径）Ｄ₄ ，Ｄ₅ は、当該第２流量調整器５₂ のノズル形
状等に応じて適宜に設定される。一般に、基端径Ｄ₄ ，
Ｄ₅ は、所望する混合ガスの混合比率（基準混合比率）
が小さいときはスロート部径Ｄ´₁ ，喉部径Ｄ´₂ より
小さくし、逆に混合比率が大きいときはスロート部径Ｄ
´₁ ，喉部径Ｄ´₂ と略同一に設定しておくことが好ま
しい。また、拡径率θ₄ ，θ₅ は、可及的に小さく設定
しておくことが好ましい。勿論、ニードル体５６，５７
を含めて第２流量調整器５₂たる流量可変ノズル５０
ｃ，５０ｄの各部は、前記（ａ）の条件を満足すると共
に第１流量調整器５₁ との関係において前記（ｂ）の条
件を満足するように設計される。

【００３９】なお、ニードル体５６，５７の進退操作機
構については、慣用技術であり格別のものではないの
で、省略するが、ニードル体５６，５７の進退を手動的
に行なうものであると否とに拘わらず、ニードル体５
６，５７の進退量ないし進退位置と第２流量調整器５₂
からの副原料ガス流出量ないし混合比率（基準混合比
率）との関係を検知，把握できるように構成しておくこ
とが好ましい。

【００４０】而して、第３又は第４システムにあって
は、第２流量調整器５₂ における流路調整部の開度（ニ
ードル体５６，５７が流路調整部に全く影響しない場合
の開度を１００％とし、ニードル体５６，５７が流路調
整部を完全に閉塞する場合の開度を０％とする）をニー
ドル体５６，５７の進退により変化させることにより、
第２流量調整器５₂ から混合器２への第２原料ガス１ｂ
の導入量を任意に変更させることができる。したがっ
て、流量調整器５₁ ，５₂ を交換することなく、混合比
率を混合ガス使用部８側の要求に応じて任意に変更する
ことが可能となり、混合比率の異なる混合ガスを使用す
る必要がある場合においても、これに十分対処すること
ができる。

【００４１】そして、ニードル体５６，５７の進退によ
り混合比率を変更させた場合、変更後のニードル位置に
拘わらず、第３システムにおいては第１システムと、第
４システムにおいては第２システムと、夫々、同様の安
定且つ良好な混合ガス供給機能が発揮される。

【００４２】すなわち、流量調整器５₁ ，５₂ の出口側
圧力Ｐ₂ が臨界圧力Ｐ_C 以下となる条件で、つまり入口
側圧力Ｐ₁ に対する圧力比Ｐ₂ ／Ｐ₁ が臨界圧力比Ｐ_C
／Ｐ ₁ 以下となる音速域において第３システム又は第４
システムが運転（音速域運転）されるときは、原料ガス
１ａ，１ｂが流量調整器５₁ ，５₂ の出口部５２，５２
´又は喉部５５，５５´を音速で流れることから、出口
側圧力Ｐ₂ が混合ガス使用部８側の圧力変動による影響
を受けたとしても、つまり出口側圧力Ｐ₂ が音速域で如
何に変動したとしても、各流量調整器５₁ ，５₂ から混
合器２への原料ガス導入量は変化しない。すなわち、流
量調整器５₁ ，５₂ 内を音速で流れる原料ガス１ａ，１
ｂの流れは、流量調整器出口側の圧力変動を流量調整器
入口側に伝播させないから、流量調整器入口側の状態に
相応した安定した質量流量が得られる。したがって、第
３システム又は第４システムが音速域（Ｐ₂ ≦Ｐ_C ）で
運転される場合、混合ガス使用部８側の圧力変化に拘わ
らず、所望する高精度の混合ガスを得ることができる。

【００４３】また、出口側圧力Ｐ₂ が音速域から外れた
亜音速域（Ｐ₂ ＞Ｐ_C ）となる条件下で或いは音速域と
亜音速域とに亘る条件下でシステムが運転（亜音速域運
転或いは両音速域運転）される場合にも、出口側圧力Ｐ
₂ が許容限界圧力Ｐ_L 以下であるときには、各流量調整
器５₁ ，５₂ から混合器２への原料ガス導入量は変化す
るものの、混合ガス１における原料ガス１ａ，１ｂの混
合比率を所定の許容範囲に維持させておくことができ
る。

【００４４】したがって、第３又は第４システムによれ
ば、第１又は第２システムと同様に、音速域（Ｐ₂ ≦Ｐ
_C ）から亜音速域（Ｐ_C ＜Ｐ₂ ≦Ｐ_L ）に亘る極めて広
範な圧力条件下で、一定以上の混合精度を確保しつつ、
適正な混合ガス供給を行なうことができ、且つ必要とさ
れる混合精度や混合ガス使用部８側の圧力変動に応じた
多様なシステム運転（音速域運転，両音速域運転，亜音
速域運転）が可能となることは勿論、第１又は第２シス
テムと異なって、混合ガス使用部８側の要求に応じて必
要とされる混合比率に簡便に変更，調整することができ
る。

【００４５】また、第５システムは、図７に示す如く、
圧力制御機構７を除いて、第３又は第４システムと同一
構成をなすものである。

【００４６】すなわち、第５システムにあっては、圧力
制御機構７が、図７に示す如く、第１原料ガス導入路３
に設けられたガス作動型の第１均圧弁３１及び第１減圧
弁３２と、第２原料ガス導入路４に設けられた第２均圧
弁３３と、第１原料ガス導入路３から分岐して混合器２
に導かれた第３原料ガス導入路３４と、第３原料ガス導
入路３４に設けられた第３流量調整器５₃ 及び第２減圧
弁３６と、第３原料ガス導入路３４から分岐されて各均
圧弁３１，３３の作動部に導かれた第１及び第２作動ガ
ス導入路３７，３８とを具備してなる。第１均圧弁３１
は、第１流量調整器５₁ と第１遮断弁２０との間に配置
されている。第１減圧弁３２は、入口弁１１ａと第１遮
断弁２０との間に配置されていて、第１均圧弁３１の両
側における圧力差を可及的に小さくすべく、第１均圧弁
３１に向かう第１原料ガス１ａの圧力を減圧調整する。
第２均圧弁３３は、第２流量調整器５₂ と第２遮断弁２
１との間に配置されている。第３原料ガス導入路３４
は、第１減圧弁３２の上流側において第１原料ガス導入
路３に分岐接続されている。第３流量調整器５₃ は、第
１流量調整器５₁ と同一機能のもの（図２に示す先細ノ
ズル５０ａ又は図３に示す中細ノズル５０ｂ）であり、
前記（ａ）の条件を満足すると共に第１及び第２流量調
整器５₁ ，５₂ との関係において前記（ｂ）の条件を満
足するものである。第２減圧弁３６は、第３流量調整器
５₃ の上流側に配置されている。各作動ガス導入路３
７，３８は、第３流量調整器５₃ と第２減圧弁３６との
中間個所において第３原料ガス導入路３４に分岐接続さ
れている。而して、第５システムの圧力制御機構７にあ
っては、均圧弁３１，３３の作動ガス１ｃとして第１原
料ガス１ａの一部を使用すると共に、均圧弁３１，３３
を作動後の作動ガス１ｃを、第１及び第２流量調整器５
₁ ，５₂ から流出する原料ガス１ａ，１ｂと共に、第３
流量調整器５₃ から混合器２に導入させるように構成さ
れている。また、制御ガス回路２２が、第１減圧弁３２
の上流側個所において第１原料ガス導入路３に分岐接続
されていて、第１減圧弁３２で圧力調整されない第１原
料ガス１ａの一部を、遮断弁２０，２１用の制御ガス１
ｄとして使用するようになっている。

【００４７】かかる構成の圧力制御機構７を具備する第
５システムにあっては、第１減圧弁３２に向かう第１原
料ガス１ａの一部は、作動ガス１ｃとして、第１原料ガ
ス導入路３から第３原料ガス導入路３４へと導入され、
第２減圧弁３６により一定圧Ｐ₁ に調整された上で第１
及び第２作動ガス導入路３７，３８から第１及び第２均
圧弁３１，３３の作動部に導入されて、各均圧弁３１，
３３を作動させる。そして、これら均圧弁３１，３３の
作動により、第１及び第２流量調整器５₁ ，５ ₂ の入口
側圧力が作動ガス１ｃと同圧Ｐ₁ に調整，制御される。
一方、作動ガス１ｃは、均圧弁３１，３３を作動させた
後、第３原料ガス導入路３４から第３流量調整器５₃ を
経て混合器２に導入される。

【００４８】このように、流量調整器５₁ ，５₂ ，５ｃ
の入口側圧力が同一圧Ｐ₁ に保持された状態で、第１流
量調整器５₁ から流出する第１原料ガス１ａと第２流量
調整器５₂ から流出する第２原料ガス１ｂと第３流量調
整器５₃ から流出する第１原料ガスである作動ガス１ｃ
とが混合器２に導入されることから、第３又は第４シス
テムにおけると同様に、安定且つ良好な混合ガス供給機
能が発揮される。すなわち、流量調整器５₁ ，５₂ ，５
ｃの出口側圧力Ｐ₂ が臨界圧力Ｐ_C 以下となる音速域
で、第５システムが運転されるときは、原料ガス１ａ，
１ｂ，１ｃが流量調整器５₁ ，５₂ ，５ｃ内を音速で流
れることから、出口側圧力Ｐ₂ が混合ガス使用部８側の
圧力変動による影響を受けたとしても、流量調整器
５₁ ，５₂ ，５ｃ内を音速で流れる原料ガス１ａ，１
ｂ，１ｃの流れは、流量調整器出口側の圧力変動を流量
調整器入口側に伝播させず、流量調整器入口側の状態に
相応した安定した質量流量が得られる。したがって、第
５システムが音速域運転される場合、混合器２において
得られる混合ガス１の混合比率は、混合ガス使用部８側
の圧力変動に拘わらず、一定に維持される。すなわち、
第２流量調整器５₂ におけるニードル体５６，５７の進
退位置によって決定される混合比率に維持される。ま
た、第５システムが両音速域運転又は亜音速域運転され
る場合にも、出口側圧力Ｐ₂ が許容限界圧力Ｐ_L 以下で
あるときには、各流量調整器５₁ ，５₂ ，５ｃから混合
器２への原料ガス導入量は変化することがあるものの、
混合ガス１の混合比率を所望する許容範囲に維持させて
おくことができる。

【００４９】したがって、第５システムによれば、第３
又は第４システムと同様に、音速域（Ｐ₂ ≦Ｐ_C ）から
亜音速域（Ｐ_C ＜Ｐ₂ ≦Ｐ_L ）に亘る極めて広範な圧力
条件下で、一定以上の混合精度を確保しつつ、適正な混
合ガス供給を行なうことができ、且つ必要とされる混合
精度や混合ガス使用部８側の圧力変動に応じた多様なシ
ステム運転（音速域運転，両音速域運転，亜音速域運
転）が可能となり、第２流量調整器５₂ における入口部
５１´，５３´の断面積をニードル体５６，５７の進退
により変更することにより、混合ガス使用部８側の要求
に応じて混合比率を簡便に変更，調整することができ
る。

【００５０】さらに、第５システムにあっては、均圧弁
３１，３３を作動させる作動ガス１ｃとして第１原料ガ
ス１ａの一部を使用すると共に、均圧弁３１，３３を作
動させた作動ガス１ｃを大気中に放出させることなく、
混合ガス１の原料として使用するから、作動ガス１ｃが
無駄に消費されず、経済的に有利である。しかも、圧力
制御機構７を電気的手段により作動させるようにした場
合と異なって、原料ガスとして引火性，爆発性のものを
使用するときにも、格別の防爆対策を施しておく必要が
なく、システムの簡素化を図ることができる。

【００５１】ところで、本発明の混合ガス供給システム
は、上記した各実施の形態に限定されるものではなく、
本発明の基本原理を逸脱しない範囲において適宜に改
良，変更することができる。例えば、上記した各システ
ムにあっては、２種の原料ガス１ａ，１ｂを混合させる
ようにしたが、３種以上の原料ガスを混合させるように
することもできる。また、第３〜第５システムにあって
は、複数の流量調整器のうち一の流量調整器（第２流量
調整器５₂ ）を流量調整機構（ニードル体）５６，５７
を備えた流量可変型の流量調整器（流量可変ノズル）５
０ｃ，５０ｄに構成したが、かかる流量可変型のものに
構成する流量調整器の数は任意である。

【００５２】

【実施例１】実施例１として、第１システムを、 （１） 主原料ガス１ａとして窒素を使用し、副原料ガ
ス１ｂとして酸素を使用する。 （２） 基準混合比率（酸素濃度）が２１vol ％となる
ように設計された流量調整器５₁ ，５₂ を使用する。す
なわち、第１流量調整器５₁ として、Ｄ₁ ＝２．０ｍ
ｍ，Ｌ₁ ＝２０．０ｍｍ，Ｌ₂ ＝６．０ｍｍ，θ₁ ＝８
°の先細ノズル５０ａ（図２参照）を使用し、第２流量
調整器５₂ として、Ｄ₁ ＝１．２ｍｍ，Ｌ₁ ＝１２．０
ｍｍ，Ｌ₂ ＝３．６ｍｍ，θ₁＝８°の先細ノズル５０
ａ（図２参照）を使用する。 （３） 流量調整器５₁ ，５₂ の入口側圧力Ｐ₁ を、圧
力制御機構７により７．５ｋｇ／ｃｍ² に保持する。 の条件で音速域運転、両音速域運転及び亜音速域運転を
行なった。

【００５３】まず、システム運転に先立って、第２流量
調整器５₂ のみを使用して、出口側圧力Ｐ₂ を変化させ
つつ、流量調整器５₂ を通過する酸素の流量比Ｋを測定
して、先細ノズル５０ａにおける流量特性を確認した。
その結果は、表１に示す通りである。なお、各実施例に
おいて、流量比Ｋは、当該流量調整器５₂ における流入
酸素量Ｖ₁ に対する流出酸素量Ｖ₂ の割合（％）であり
（Ｋ＝（Ｖ₂ ／Ｖ₁ ）×１００）、また圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂
はすべてゲージ圧力であるが、圧力比（Ｐ₂ ／Ｐ₁ ）に
ついては、特に、圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂ を絶対圧力として計算
されている。

【００５４】表１から理解されるように、出口側圧力Ｐ
₂ が３．５ｋｇ／ｃｍ² 以下であるときはＫ＝１００％
であり、流量調整器５₂ 内で音速流れが生じている。す
なわち、Ｐ₂ ≦３．５ｋｇ／ｃｍ² が音速域であり、臨
界圧力比０．５３は理論値に近似している。

【００５５】そして、当該システムを出口側圧力（サー
ジタンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を２．０〜３．５ｋｇ／
ｃｍ² とする圧力条件下で音速域運転を行い、混合ガス
１の混合比率つまり酸素濃度（vol ％）を測定した。そ
の結果は、表２に示す通りであった。なお、酸素濃度の
測定器としては、東レエンジニアリング（株）製のジル
コニア式酸素濃度計（ＬＣ−７５０Ｈ（Ｄ））であっ
て、０〜２５vol ％（測定レンジ）の酸素濃度を３桁
（小数点以下１桁）でデジタル表示するものを使用し
た。

【００５６】また、当該システムを出口側圧力（サージ
タンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を３．０〜４．５ｋｇ／ｃ
ｍ² とする圧力条件下で両音速域運転を行い、混合ガス
１の混合比率（vol ％）を上記ジルコニア式酸素濃度計
で測定した。その結果は、表３に示す通りであった。

【００５７】さらに、当該システムを出口側圧力（サー
ジタンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を４．０〜５．５ｋｇ／
ｃｍ² とする圧力条件下で亜音速域運転を行い、混合ガ
ス１の混合比率（vol ％）を上記ジルコニア式酸素濃度
計で測定した。その結果は、表４に示す通りであった。

【００５８】表２及び表３から明らかなように、音速域
運転及び両音速域運転では、背圧Ｐ ₂ の変化に拘わら
ず、混合比率が上記ジルコニア式酸素濃度計の表示範囲
（少数点以下１桁）において同一となった。すなわち、
混合比率がすべて２１．０vol％（基準混合比率（２１v
ol ％）±０．１vol ％）となり、極めて高い混合精度
（±０．１vol ％以内）が得られることが確認された。
また、表４から明らかなように、亜音速域運転でも、混
合比率が２１．１〜２１．２vol ％（２１vol ％±０．
２vol ％）となり、高い混合精度（±０．２vol ％以
内）が得られることが確認された。したがって、第１シ
ステムによれば、その運転条件に拘わらず、医療用合成
空気を対象とする第２従来システム（混合精度は±１．
０〜１．５vol ％）に比して、極めて高精度の混合ガス
１を供給させることができる。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】

【表４】

【００６３】

【実施例２】実施例２として、第２システムを、 （１） 主原料ガス１ａとして窒素を使用し、副原料ガ
ス１ｂとして酸素を使用する。 （２） 基準混合比率（酸素濃度）が２１vol ％となる
ように設計された流量調整器５₁ ，５₂ を使用する。す
なわち、第１流量調整器５₁ として、Ｄ₂ ＝２．０ｍ
ｍ，Ｌ₃ ＝４．０ｍｍ，Ｌ₄ ＝３３．３ｍｍ，θ₂ ＝８
°，θ₃ ＝６°の中細ノズル５０ｂ（図３参照）を使用
し、第２流量調整器５₂ として、Ｄ₂ ＝１．２ｍｍ，Ｌ
₃ ＝２．４ｍｍ，Ｌ₄ ＝２０．０ｍｍ，θ₂ ＝８°，θ
₃ ＝６°の中細ノズル５０ｂ（図３参照）を使用する。 （３） 流量調整器５₁ ，５₂ の入口側圧力Ｐ₁ を、圧
力制御機構７により７．５ｋｇ／ｃｍ² に保持する。 の条件で音速域運転、両音速域運転及び亜音速域運転を
行なった。なお、酸素濃度の測定器としては、第１実施
例において使用したと同一のジルコニア式酸素濃度計
（ＬＣ−７５０Ｈ（Ｄ））を使用した。

【００６４】まず、システム運転に先立って、実施例１
におけると同様に、第２流量調整器５₂ のみを使用し
て、出口側圧力Ｐ₂ を変化させつつ、流量調整器５₂ を
通過する酸素の流量比Ｋを求めた。その結果は、表５に
示す通りであった。表５から理解されるように、Ｐ₂ ≦
６．０ｋｇ／ｃｍ² が音速域であり、背圧たる出口側圧
力Ｐ₂ による影響を受けない音速域が先細ノズル５０ａ
を使用した実施例１に比して拡大されている。

【００６５】そして、当該システムを出口側圧力（サー
ジタンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を２．０〜６．０ｋｇ／
ｃｍ² とする圧力条件下で音速域運転を行い、混合ガス
１の混合比率（vol ％）を測定した。その結果は、表６
に示す通りであった。

【００６６】また、当該システムを出口側圧力（サージ
タンク１９の運転圧力）を５．０〜６．５ｋｇ／ｃｍ²
とする圧力条件下で両音速域運転を行い、混合ガス１の
混合比率（vol ％）を測定した。その結果は、表７に示
す通りであった。

【００６７】さらに、当該システムを出口側圧力（サー
ジタンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を６．５〜７．０ｋｇ／
ｃｍ² とする圧力条件下で亜音速域運転を行い、混合ガ
ス１の混合比率（vol ％）を測定した。その結果は、表
８に示す通りであった。

【００６８】表６及び表７から明らかなように、音速域
運転及び両音速域運転では、背圧Ｐ ₂ の変化に拘わら
ず、混合比率が変化なく一定（２１．０vol ％）であ
り、実施例１による以上に高い混合精度が得られること
が確認された。また、表８から明らかなように、亜音速
域運転でも、混合比率が２１．０〜２１．１vol ％（２
１vol ％±０．１０vol ％）となり、実施例１に比して
より高い混合精度（±０．１０vol ％以内）が得られる
ことが確認された。

【００６９】

【表５】

【００７０】

【表６】

【００７１】

【表７】

【００７２】

【表８】

【００７３】

【実施例３】実施例３として、第４システムを、 （１） 主原料ガス１ａとして窒素を使用し、副原料ガ
ス１ｂとして酸素を使用する。 （２） 基準混合比率（酸素濃度）が６．７vol ％（ニ
ードル体５７による開度が１００％のとき）となるよう
に設計された流量調整器５₁ ，５₂ を使用する。すなわ
ち、第１流量調整器５₁ として、Ｄ₂ ＝２．０ｍｍ，Ｌ
₃ ＝４．０ｍｍ，Ｌ₄ ＝３３．３ｍｍ，θ₂ ＝８°，θ
₃ ＝６°の中細ノズル５０ｂ（図３参照）を使用し、第
２流量調整器５₂ として、Ｄ´₂ ＝０．３ｍｍ，Ｌ´₃
＝０．６ｍｍ，Ｌ´₄ ＝１５．０ｍｍ，θ´₂ ＝８°，
θ´₃ ＝６°，Ｄ₅ ＝０．９６ｍｍ，θ₅ ＝５°の流量
可変ノズル５０ｄ（図６参照）を使用する。 （３） 流量調整器５₁ ，５₂ の入口側圧力Ｐ₁ を、圧
力制御機構７により７．５ｋｇ／ｃｍ² に保持する。 （４） 流量調整器５₁ ，５₂ の出口側圧力（サージタ
ンク１９の運転圧力）Ｐ₂ を５．０〜６．０ｋｇ／ｃｍ
² とする。 の条件で、 ニードル体５７を開度１００％となる位置に位置さ
せる。 ニードル体５７を開度８０％となる位置に位置させ
る。 ニードル体５７を開度５６％となる位置に位置させ
る。 の各場合においてシステム運転を行なった。なお、酸素
濃度の測定器としては、第１実施例において使用したと
同一のジルコニア式酸素濃度計（ＬＣ−７５０Ｈ
（Ｄ））を使用した。

【００７４】まず、システム運転に先立って、第２流量
調整器５₂ のみを使用して、上記したの各場合に
おいて、出口側圧力Ｐ₂ を変化させつつ、流量調整器５
₂ を通過する酸素の流量比Ｋを求めた。その結果は、表
９に示す通りであった。

【００７５】表９から、開度１００％では、Ｐ₂ ≦６．
０ｋｇ／ｃｍ² がＫ＝１００％となる音速域であり、開
度が低くなるに従い、音速域が狭くなることが理解され
る。なお、音速域における第２流量調整器５₂ からの酸
素流出量は、の場合において０．５２Ｎｍ³ ／ｈであ
り、の場合において０．４１６Ｎｍ³ ／ｈであり、
の場合において０．２９３Ｎｍ³ ／ｈである。

【００７６】そして、の各場合において、当該シ
ステムを出口側圧力Ｐ₂ が５．０〜６．０ｋｇ／ｃｍ²
となる条件下で運転し、混合比率を測定した。その結果
は、表１０に示す通りであった。なお、基準混合比率
は、の場合には上記した如く６．７vol ％であるが、
の場合には５．４vol ％となり、の場合は３．７％
となる。

【００７７】表１０から明らかなように、混合比率は、
の場合には基準混合比率（６．７vol ％）と同一で変
化がなく、の場合には基準混合比率（５．４vol ％）
の±０．１０vol ％以内であり、の場合には基準混合
比率（３．７vol ％）の±０．２vol ％以内であり、何
れの場合にも、第１従来システムに比して極めて高い混
合精度が確保されることが理解される。なお、表９から
も理解されるように、出口側圧力Ｐ₂ を５．０〜６．０
ｋｇ／ｃｍ² としたシステム運転は、の場合には音速
域運転となり、の場合には両音速域運転となり、の
場合には亜音速運転となる。

【００７８】

【表９】

【００７９】

【表１０】

【００８０】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、請求項１の発明によれば、混合ガス使用部側の圧力
が変化する条件下においても、所望する高精度の混合ガ
スを得ることができ、安定した混合ガス供給を行なうこ
とができる。しかも、必要とされる混合ガス精度や混合
ガス使用部側の圧力変化等に応じた多様なシステム運転
を行なうことができる。すなわち、システム運転を、必
要に応じて、音速域又は亜音速域の何れかで、或いは音
速域及び亜音速域の両域で選択的に行なうことができ、
その実用性は極めて高い。また、亜音速域でシステム運
転を行なうことにより、システム全体の圧力差を小さく
することも可能となる。

【００８１】さらに、請求項２の発明によれば、混合ガ
ス使用部における混合ガス使用条件に応じて、混合ガス
の成分を容易に変更することができ、混合ガスを必要と
する各種工程の精度を大幅に向上させることができる。

【００８２】また、請求項３の発明によれば、作動ガス
の大気放出による経済上や環境衛生上の問題を解決する
ことができ、使用する原料ガスの性状が制限されること
もない。しかも、原料ガスとして引火性，爆発性のもの
を使用するときにも、格別の防爆対策を施しておく必要
がなく、システムの簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１システム及び第２システムを示す系統図で
ある。

【図２】第１システムにおいて使用される流量調整器
（先細ノズル）を示す断面図である。

【図３】第２システムにおいて使用される流量調整器
（中細ノズル）を示す断面図である。

【図４】第３システム及び第４システムを示す系統図で
ある。

【図５】第３システムにおいて使用される第２流量調整
器（先細ノズル構造の流量可変ノズル）を示す断面図で
ある。

【図６】第４システムにおいて使用される第２流量調整
器（中細ノズル構造の流量可変ノズル）を示す断面図で
ある。

【図７】第５システムを示す系統図である。

【図８】第１従来システムを示す系統図である。

【図９】第２従来システムを示す系統図である。

【符号の説明】

１…混合ガス、１ａ…主原料ガス、１ｂ…副原料ガス、
１ｃ…作動ガス（主原料ガス）、２…混合器、３…第１
原料ガス導入路、４…第２原料ガス導入路、５ ₁ …第１
流量調整器、５₂ …第２流量調整器、５₃ …第３流量調
整器、７…圧力制御機構、８…混合ガス使用部、９…混
合ガス供給路、１０…システム起動・停止機構、１１，
１２…原料ガス供給源、１４，３１，３３…均圧弁、３
４…第３原料ガス導入路、５０ａ…先細ノズル（流量調
整器）、５０ｂ…中細ノズル（流量調整器）、５０ｃ，
５０ｄ…流量可変ノズル（第２流量調整器）、５６，５
７…ニードル体（流量調整機構）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 紀男 大阪府大阪市西区靱本町２丁目４番11号 大陽東洋酸素株式会社内 (72)発明者 三室 公厚 東京都台東区東上野２丁目19番３号 ガス ミックス工業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主原料ガスと一種又は複数種の副原料ガ
   スとを混合させる混合器と、これらの原料ガスを混合器
   に導入させる複数の原料ガス導入路と、各原料ガス導入
   路に配設されており、主原料ガスの混合器への導入量を
   一定に調整する第１流量調整器及び副原料ガスの混合器
   への導入量を主原料ガス導入量に応じた所定量に調整す
   る一又は複数の第２流量調整器と、これらの流量調整器
   の入口側圧力を所定の同一圧に制御，保持する圧力制御
   機構と、混合器で得られた混合ガスを所定の混合ガス使
   用部に供給させる混合ガス供給路と、を具備して、 上記流量調整器の入口側圧力に対する出口側圧力の圧力
   比が臨界圧力比以下である条件であって流量調整器内に
   おけるガス流速が音速となる条件、 上記圧力比が所定の圧力比以下である条件であって流量
   調整器内におけるガス流速が音速又は亜音速となる条
   件、又は上記圧力比が所定の圧力比以下である条件であ
   って流量調整器内におけるガス流速が音速に達しない条
   件、の何れかの条件で運転させるようにしたことを特徴
   とする混合ガス供給システム。
2. 【請求項２】 少なくとも一の第２流量調整器が、副原
   料ガスの混合器への導入量を変更調整しうる流量調整機
   構を有するものであることを特徴とする、請求項１に記
   載の混合ガス供給システム。
3. 【請求項３】 圧力制御機構が作動ガスにより作動され
   る均圧弁を具備するものであり、その作動ガスとして原
   料ガスの一部を使用すると共に、均圧弁を作動後の作動
   ガスを、原料ガス導入路に配設された流量調整器と同一
   機能の第３流量調整器を介して、原料ガスと共に混合器
   に導入させるように構成したことを特徴とする請求項１
   又は請求項２に記載の混合ガス供給システム。