JPS63195568A - 圧力平衡器 - Google Patents

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係り、特に混合比の長期安定性
に不可欠な２つのガス間の圧力差を一定にするに好適な
圧力平衡器に関する。

〔従来の技術〕

血液ガス分析装置において、炭酸ガス及び酸素分圧が既
知の水溶液を２種類以上、較正用標準液として、装置内
部で製造する必要がある。これには一般的に、ボンベに
充填した組成既知の炭酸ガス、酸素、窒素の混合ガスを
水溶液に飽和させて用いている。Ｕ、　Ｓ、　Ｐａｔ、
　Ｎ（１３，４６４，４３４（以降公知例Ａと省略）は
、この点を改善し、炭酸ガスは純ガスの状態でボンベか
ら供給し、酸素、窒素は空気を用いて混合ガスとする。

ガス混合装置を開示している。本公知例Ａの特徴はリリ
ーフ形の差圧圧力制御弁を用いたことにあり、炭酸ガス
より高くなった空気の圧力をリリーフポートを通じて大
気に逃すことにより、双方の圧力を等しくさせている。

また、空気圧を０．１　　ｋｇｆ／ｃｊ程度の圧力で供
給することにより、リリーフポートを比較的簡単な構造
で実現しているところにも他の特徴がある。

次に機能ではなく、構成としての近似の従来技術に、特
許出願公開昭５９−１１０９６８　（以下公知例Ｂと省
略）がある。本公知例Ｂは２流体が相互に混合しないよ
うに２流体間にヱないし２以上の密閉体を有すること、
および、逃し流路からの流体は再び供給槽に戻して再使
用することに特徴がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記公知例Ａは比較的簡単な構造を有しているとはいえ
、リリーフポートの弁と弁座の気密性を保持する必要の
あるときのために、弁の弁座に対する相対的姿勢を保た
せるに、剛性の強いダイヤプラムを必要とし、その駆動
力を得るに大きな受圧面積を用いなければならない。前
記公知例Ａではその性能について詳しく述べていないが
、上記特許を用いた市場の装置では１個では十分な性能
が得られず２個並列に用いていることでも理解されよう
、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、ポンプおよびエアフィルタの能力をその
分だけ増す必要がある。致命的な問題は、万一炭酸ガス
の圧力が異常に増大したときは、その機能が完全に停止
してしまうことである。

公知例Ｂは２流体が相互に混合しないように、２流体を
隔絶する１以上の密閉体を用いているが、この密閉体を
円筒孔内掻摺動するときの摩擦抵抗のため、微少差圧（
例えば水柱１〜２０ｍｎ＋程度）では作動しない。また
、圧力平衡は逃し流路を用いて達成しているので、必ず
流体の大きな浪費を伴なわねばならないなどの諸問題を
有している。

本発明の目的は、上記の諸問題を解決すべくしてなされ
たもので、非常に簡単な構成で、流体の極微少の浪費の
みで、かつ極微少差圧でも作動する圧力平衡器の提供に
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ガス１の圧力を導入する第１の蓄圧室、ガ
ス２の圧力を導入する第２の蓄圧室の間を滑動する可動
子の相対的な位置により、゛ガス１と、ガス２とが極く
僅かにブリードオフするその量を変化させ、ガス１とガ
ス２の圧力の差又は比を一定にさせ、いずれか一方のガ
スの圧力が異常に高くなったとき、それに応する蓄圧室
が大気と通ずる穴が開通し、異常圧力を解放して圧力差
又は比を回復させることにより達成される。

〔作用〕

すなおち、可動子の外壁と、蓄圧室を構成する外筒の内
壁との間隙からブリードオフポートへ流出するガス量は
、可動子とブリードオフボート迄の距離に比例する。一
方の蓄圧室の圧力が僅かに高くなれば、可動子は他方へ
押しやられ、ブリードオフのガス量が多くなり圧力が低
下するので、可動子は元に戻る。ブリードオフ量は圧力
平衡時、圧力平衡器外で消費される量の１％程度で良い
。

またいずれか一方の圧力が異常増大すると、可動子はブ
リードオフポートから離れるので、急速にブリードオフ
量が増加し、圧力が低下して元に戻る。このようにして
微差圧時も、異常差圧時も圧力平衡が保たれる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。旦は
′外筒で、中心軸を同じくする大円筒部１１及び小円筒
部１２より成る。大円筒部１１の内壁の大径上に溝１３
が設けられており、その中央に中心軸に垂直に小孔１５
が穿けられている。

同じく小円筒部１２にも溝１４、小孔１６が設けられて
いる。大円筒部１１と小円筒部１２の接合部にも孔１９
が穿けられている。且は外筒上１内を全行程にわたって
滑動する可動子で、大径部２１、小径部２２、隔壁部２
３から成る。可動子２ｏはできるだけ軽量に制作する方
がよい。３１はガス１の導入口３２を有するフランジ、
３３はガス２の導入口３４を有するフランジで、それぞ
れが０リング３５，３６を介して、外筒ユをねじ３７で
気密に組み上げている。２５は第１の蓄圧室で、フラン
ジ３１、大円筒部１１．大径部２１、および隔壁２３で
囲まれている。２６は第２の蓄圧室で、フランジ３３、
小円筒部１２、小径部２２、隔壁２３から構成されてい
る。

図示で、可動子２０が右端に移動したとき、すなわち、
第１の蓄圧室２５の容積が最大となったとき、大径部２
１の左端に僅かにかかるか、またはまったくかからない
ように小孔１５を穿けることが望ましい、また同様に、
第２の蓄圧室２６の容積が最大となったとき、小径部２
２の右端が僅かにかかるか、またはまったくかからない
ように小孔１６を設けるとよい、１７はブリードオフす
るガス１の浪費流で、大円筒部１１の内壁と大径部２１
の外壁の間隙と、双方の平均径とで定まる定数に、大径
部に左端から溝１３までの距離を乗じた流路抵抗に反比
例した流量となる。同様に、１８はブリードオフするガ
ス２の浪費流で小円筒部１２の内壁と小径部２２の外壁
の間隙と、双方の平均径とで定まる定数に、小径部の右
端より溝１４までの距離を乗じた流路抵抗に反比例した
流量となる。この流路抵抗は外筒旦の内壁、可動子且の
外壁の表面粗さにも関係している。溝１３．１４はそれ
に沿ってのガス圧を一定にする働きと、外筒１０の内壁
と可動子−乳９−の内壁の間隙を全周にわたって均一に
する気体軸受の働きもする。流路抵抗の選び方によって
は溝１３又は溝１４あるいは双方の溝とも不必要となる
。

いまガス１の圧力と蓄圧室２５の可動子２０の受圧面積
との積（以降ガス１の押力と称す）と、ガス２の圧力と
蓄圧室２６の可動子２０の受圧面積との積（以降ガス２
の押力と称す）が同一とすると、可動子２０は外筒１０
のほぼ中央部に留るであろう。このとき、浪費流１７と
１８の流量の比はガス１とガス２の圧力の比に設定する
ことが望ましい。ガス１の押力が、ガス２の押力より少
し大きくなると、可動子２０は蓄圧室２５の容積を大き
くするように、図示で右の方に移動しする。

すなわち蓄圧室２５のガス１の圧力が低下し、蓄圧室２
６のガス２の圧力が増すと同時に、浪費流１７と１８の
比も大きくなり、ガス１の押力とガス２の押力が同一と
なって停止する。さらにガス１の押力が異常な迄に大き
くなると、可動子２０が右端に至り、蓄圧室２５は小孔
１５と連通し、ガス１を大気に放出し異常圧を解消する
。ガス２の押力がガス１の押力よりも大きくなった場合
の作動も同様であるので説明を要しないであろう。

孔１９は可動子２０の移動に伴う死空間を大気圧にする
ためのものである。

第２図は本発明の他の実施例を示す図である。

前例はガス１の圧力とガス２の圧力の比を一定にするも
のであったが、本例はガス１の圧力と、ガス２の圧力を
同一にするものである。４０は外筒でその内壁の大径上
に溝４３が設けられており、その中央部に中心に向けて
小孔４５が穿けられている。５０は外筒４０の全行程に
わたって滑動する可動子でその中央部に隔壁部５３があ
る。６１はガス１の導入口３２を有するフランジ、６３
はガス２の導入口３４を有するフランジで、それぞれが
Ｏリング６５を介して、外筒４０をねじ６７゜ナツト６
８で気密に組み上げている。２５は第１の蓄圧室で、フ
ランジ６１、外筒４０、可動子５０で囲まれており、２
６は第２の蓄圧室で、フランジ６３、外筒４０、可動子
５０で囲まれている。

可動子５ｏが図示の右端に、すなわち第１の蓄圧室２５
の容積が最大になるように移動したとき、可動子５０の
左端が、小孔４５に僅かにかかるかまたはまったくかか
らないように設計すべきである。同様に第２の蓄圧室２
６の容積が最大となったとき、可動子５０の右端が小孔
４５に僅かにかかるかまたはまったくかからないように
設計すべきである。２１はブリードオフするガス１の浪
費流で、外筒４０の内壁と、可動子５０の外壁との間隙
と、双方の平均径とで定まる定数に、可動子５０の左端
から溝４３までの距離を乗じた流路抵抗に反比例した流
量となる。同様に２２はガス２の浪費流で、前記定数に
可動子５０の右端より溝４３までの距離を乗じた流路抵
抗に反比例した流量となる。

いまガス１の圧力と、ガス２の圧力とが等しいとすると
、可動子５０は外筒４０のほぼ中央に留るであろう。こ
のときガスｌ及びガス２の粘性の差異にもよるが１浪費
流２１によるガス１の圧力損失と、浪費流２２によるガ
ス２の圧力損失が同一となるように、双方の浪費流の流
量が定まる。

いいかえれば可動子５０は外筒４０の中央より。

粘性の差異分に見合う量だけ異なった位置に留るという
方が正しい。

ガス１の圧力がガス２の圧力が僅かに高くなると、可動
子５０が右に移動し、蓄圧室２５の膨張による圧力降下
と、蓄圧室２６の圧縮による圧力上昇と、浪費流２１に
よる圧力損失の増加と、浪費流２２による圧力損失の低
下とに見合った量だけ更に異なった位置で停止するであ
ろう。この結果再びガス１の圧力とガス２の圧力は等し
くなる。

更にガス１の圧力が異常なまでに高くなると、可動子５
０が右端に至り、蓄圧室２５が小孔４５と連通し、ガス
１を大気に放出して異常圧を解消し。

再び可動子５０が左方に移動してガス１とガス２の圧力
が同一となる。

第３図は本発明の他の実施例の説明図である。

外筒よ立の小孔１５に導管７１を気密に接続し、小孔１
６に導管７２を気密に接続し、それぞれの導管の他端を
共通の導管７３に接続したものである。この例はガス１
またはガス２あるいは双方のガスを圧力平衡器の近傍で
大気に放出させたくない場合に有効である。後述する空
気源の空気取入口に炭酸ガスの浪費流の小孔が開口して
いる場合などがこれにあたる。

、　　第４図は第２図の外筒４０の変形例の縦断面図で
ある。蓄圧室２５．２６を構成する外筒４０の内壁の小
孔４５を含む大径と、およびそれから一定の間隔にある
大径上に多数の溝４３を刻しである。この溝４３は空気
軸受として作用し、可動子５０の滑動をより滑らかにす
る働きをもつ。

第５図は第２図の可動子５０の変形例である。

可動子５０の外壁の大径上に多数の溝７４を刻しである
。この溝７４も空気軸受としておよびラビリンスシール
として作用する。

第６図は本発明の他の実施例の説明図である。

外筒よ立の小孔１５に流量抵抗器７４を、小孔１６に流
量抵抗器７５を接続したもので、これ等は浪費流１７お
よび１８の流量をそれぞれ最適にするように抵抗が設定
される。

第７図は第６図の変形例である。流量抵抗器７４．７５
の出口を合流させ流量抵抗器７６を接続しである。流量
抵抗器７４．７５は浪費流１７゜１８の流量比を定め、
流量抵抗器７６はその総量を制限する。

第８図は第２図の変形例である。外筒４０の小孔４５に
流量抵抗器７７を接続したもので、これは浪費流の流量
を最適になるようにその抵抗が設定される。例えば外筒
４０と可動子５０の間隙を僅かに大きくしても、この流
量抵抗器７７の抵抗を大きくすればガス１にガス２が、
またはその反対の方向に混合することなく圧力平衡器と
して機能する。

第９図はガス混合装置にこの圧力平衡器を適用した場合
の流路図である。８１は炭酸ガスボンベより減圧弁で２
±０．２ｋｇｆ／ｄに減圧された炭酸置ス供給源、８２
は減圧弁で２次圧を０．２±０．０１ｋｇｆ／ａｌに調
節する。８３は流量３ｍＱ／ｗｉｎのとき差圧０．１ｋ
ｇｆ／ｄの流量抵抗管である。８５は分岐管で８６は差
圧０，１ｋｇｆ／ｄで流量１ｍＱ／＋ａｉｎとなる流量
抵抗管、８７は同じく流量２ｍΩ／ｗｉｎとなる流量抵
抗管である。９１は０．５±０．１ｋｇｆ／ｃｄに調圧
された空気源、９２は２次圧を０．２±０．０１ｋｇ　
ｆ　／ｘｉに調節する減圧弁である。

９３は流量３３．１６ｍＱ／ｍｉｎのとき差圧０．１ｋ
ｇｆ／ｄの流量抵抗管である。９５は分岐管で９６は差
圧０．１ｋｇｆ／ｃｄで流量１７．１１ｍ　Ｑ　／ｍｉ
ｎとなる流量抵抗管、９７は同じく流量１６．０５ｍ　
ｍ　／ｗｉｎとなる流量抵抗管である。８８は炭酸ガス
１ｍｕ／ｗｉｎと空気１７．１１ｍ　Ｑ　／ｗｉｎとの
合流点で８９はこの混合ガス１の出口である。混合ガス
１はこの結果５．６％の炭酸ガス濃度となる。９８は同
様に混合ガス１の合流点、９９は炭酸ガス濃度１１．２
％の混合ガス２の出口である。９０は第２図に示す圧力
平衡器で、炭酸ガス流路８４と空気流路９４との間にお
かれ、双方の圧力を同一にさせる。

いま圧力平衡器９０のない場合、減圧弁８２゜９２の１
次圧及び２次圧の変動範囲内（すなわち１〜２０ｍ＋水
柱）で、炭酸ガスの濃度の変動が混合ガス１では５．６
±０．０６％、同様に混合ガス２では１１．２±０．１
１％であったものが、圧力平衡器９０をつけると混合ガ
ス１では５．６±０．０２％、同様に混合ガス２では１
１．２±０．０４％と格段に改善された。これは室温の
変動１５℃から３５℃、期間２ケ月で得られた成績であ
る。また。

第２図の形状の一実施例では浪費流の合計は約３ｍＱ／
ｗｉｎであったが、第８図の形状にした場合０．６ｍｆ
ｉ／ａ＋ｉｎとなった。これは全ガス消費量３６．１１
ｍＱ／＋＋＋ｉｎの約１．７％に相当し、殆んど浪費量
が無いと考えてもよい。

第９図では圧力平衡器９０が流量抵抗管８３（９３）と
分岐管８５（９５）の間に配置されているが、減圧弁８
２（９２）と流量抵抗管８３（９３）の間であっても、
炭酸ガス源８１（空気源９１）と減圧弁８２（９２）の
間に配置されてもよい。

第１０図は第８図の変形例である。小へ４５に接続され
た流量抵抗８７７を並列に逆止弁７８を配置したもので
ある。７９はばねで、逆止弁の作動圧を制限するもので
ある。ガス１．ガス２の圧力が平衡時には流量抵抗管器
のみが作動し、異常圧時に逆止弁７８が一気に開通する
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、非常に簡単な構造で、微小差圧（１〜
２０ｍ＋＋水柱）又は微小圧比でも敏感に作動し、かつ
炭酸ガス（ガス１）又は空気（ガス２）のいずれかが異
常な圧力増大となっても、その機能が低下しないという
効果があった。例えば、炭酸ガスおよび空気の圧力平衡
器入口のそれぞれの圧力変動を変動係数０．０１　程度
にしたとき、炭酸ガス濃度の変動係数が０．００２５と
１７４に低下できたー実験例があることからもその性能
の優れていることを証明している。このときの浪費量は
約１．７％であった。さらに空気源の圧力を１０％低下
させてもその機能は失なわれなかった。すなわち、殆ん
と無視し得る浪費量で、かつ異常圧におご′１ても機能
を失なうことなく安定した圧力平衡が得られた結果、得
られた炭酸ガス濃度の変動範囲が著しく良くなった。さ
らにその簡単な構成のゆえに経済性にも優れていること
は云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は本発明
の他の実施例の縦断面図、第３図〜第８図は本発明の他
の実施例の一部縦断面図、第９図は本発明の他の実施例
の流路図、第１０図は本発明の他の実施例の説明図であ
る。 よ立、４０・・・外筒、１５，１６．４５・・・小孔、
又０，５０・・・可動子、２５，２６・・・蓄圧室、１
３゜１４．４３，７４・・・溝、１７．１８・・・浪費
流、７１．７２．７３・・・導管、７４，７５，７６゜
７７・・・流量抵抗器、８１・・・炭酸ガス源、９０・
・・圧力平衡器、９１・・・空気源。 ′“・ｉλ 代理人　弁理士　小川勝馬；・ｉ’ｌｋ、ｉ１＋：ｎヴ
′ ８　ｌ　固 第　２　凹 第　３　因 屋 第４　凹 第５　図 ５ＤＩＩ］ｎ＋ 嘱　ｂ　口 ｖ３　７　図 Ｚ３　１￥１ 第　９　　品

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス１の圧力を導入する第１の蓄圧室、ガス２の圧
   力を導入する第２の蓄圧室と、その双方の間を隔絶しか
   つ双方の室の間を全区間にわたつて滑動と、該可動子が
   第２の蓄圧室の容積を最小にする迄滑動したときに第１
   の蓄圧室が外界と通ずる第１の小孔と、該可動子が第１
   の蓄圧室の容積を最小にする迄滑動したときに第２の蓄
   圧室が外界と通ずる第２の小孔とから成り第１の小孔お
   よび第２の小孔が可動子により閉塞されている区間では
   、ガス１は第１の小孔から、ガス２は第２の小孔から僅
   少のガスを大気に放出しながら、ガス１の圧力と、ガス
   ２の圧力の差又は比を一定にすることを特徴とした圧力
   平衡器。 ２、第１の小孔と、第２の小孔とを共通の１つの小孔で
   代替したことを特徴とした第１項記載の圧力平衡器。 ３、第１の小孔と、第２の小孔とを１つの導管に連通さ
   せ、導管の他端を外界に開口させたことを特徴とした第
   １項記載の圧力平衡器。 ４、蓄圧室の内壁の小孔を含む大径に溝を刻したことを
   特徴とした第１項記載の圧力平衡器。 ５、蓄圧室の内壁の大径上に多数の溝を刻したことを特
   徴とした第１項記載の圧力平衡器。 ６、可動子の外壁の大径上に多数の溝を刻したことを特
   徴とした第１項記載の圧力平衡器。 ７、第１の小孔と、第２の小孔とにそれぞれ流量抵抗器
   を設けたことを特徴とした第１項記載の圧力平衡器。 ８、共通の小孔に流量抵抗器を設けたことを特徴とした
   第２項記載の圧力平衡器。 ９、第１の小孔と、第２の小孔と、導管の外界側とにそ
   れぞれ流量抵抗器を設けたことを特徴とした第３項記載
   の圧力平衡器。