JP3581250B2

JP3581250B2 - 二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給方法

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Publication number: JP3581250B2
Application number: JP14879698A
Authority: JP
Inventors: 英敏椿山; 正記三上; 憲昭長谷川
Original assignee: Air Water Inc
Current assignee: Air Water Inc
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: JPH11333280A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は酸素と窒素を所定量だけ混合し、目的濃度とした混合ガスである人工空気等を、病院などの負荷側に連続的に供給することができるといった二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給方法と、当該方法の実施に供して好適な供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二種ガスによる目的濃度混合ガスの供給方法として、第１に重量混合供給方法、第２に圧力混合供給方法、そして第３に流量混合供給方法なるものが知られている。
第１の重量混合供給方法は、図３（Ａ）に略示する通り混合用ガスボンベａを重量計ｂ上に載置しておき、当該混合用ガスボンベａの第１、第２供給管ｃ１、ｃ２より、酸素等の第１ガスｄ１と窒素等の第２ガスｄ２を、当該混合用ガスボンベａに注入するものである。この際混合ガスが人工空気ｅであれば、目的濃度として酸素濃度が２１％となるように重量計ｂにより第１、第２ガスを計量することで、当該二種ガスの重量比を特定することになる。このようにして得られた混合用ガスボンベａ内の混合ガスを、当然のことながら、バッチ式（回分式混合）で負荷側ｆへ供給する。
【０００３】
第２の圧力混合供給方法は、図３（Ｂ）に略示するように、混合用ガスボンベａにガス圧力計ｇを付設しておき、前記と同じく第１ガスｄ１と第２ガスｄ２とを、第１、第２供給管ｃ１、ｃ２から混合用ガスボンベａに注入し、ガス圧力計ｇにより第１、第２ガスｄ１、ｄ２の分圧比が所定値となるようにして目的濃度の混合ガスを得ようとする方法であり、これまた混合ガスとしての人工空気ｅなどを負荷側ｆへバッチ式で供給する。
【０００４】
第３の流量混合供給方法は、バッチ式でなく連続的に混合ガスが供給できる流通式混合法である点で、本願発明と相通ずるところがある。
しかし当該従来法の実施に供する装置は、第４図に示されている通り第１ガスｄ１の第１供給管ｃ１に順次第１圧力調整器ｈ１、ニードル弁やオリフィス等による第１流量調整弁ｉ１が連結され、第２ガスｄ２の第２供給管ｃ２に順次第２圧力調整器ｈ２、ニードル弁やオリフィス等による第２流量調整弁ｉ２が連結され、これら第１、第２供給管ｃ１、ｃ２が混合器ｊを介して負荷側ｆへ連結するよう構成されている。
【０００５】
上記の流量混合供給方法によるときは、第１ガスｄ１と第２ガスｄ２の二種ガスについて、ダイヤフラム等による第１、第２圧力調整器ｈ１、ｈ２により均圧制御を行うようにした後、次段の第１、第２流量調整器ｉ１、ｉ２によって、夫々第１、第２ガスｄ１、ｄ２の流量を制御し、当該各ガスｄ１、ｄ２が所定流量比となるよう混合することで、目的濃度の混合ガスである人工空気ｅ等を混合器ｊにより得るようにし、当該人工空気ｅを負荷側ｆに対して連続的に供給できるようにしたものである。
【０００６】
上記従来技術にあって、第１、第２の重量、圧力混合供給方法は、バッチ式であるため何れも連続的な供給ができないだけでなく、混合のためにかなりの時間を費やすことになる。
さらに混合ガスの濃度が、ガス拡散により安定するのを待って、負荷側ｆへ供給しなければならないことからもかなりの時間を要することになる。
上記した濃度安定化のためには、実際上回転により攪拌してガス拡散を促進した場合でも３０分〜１時間を要し、混合用ボンベａの横置きまたは立置きの場合にあっては、夫々２日以上そして１４日以上もかかるため、効率の悪いものとなっている。
【０００７】
これに対し、第３の前記流量混合供給方法によるときは一種の流通式混合によって負荷側ｆへ連続的な混合ガスの供給ができるという利点を有している。
しかし、図４について説示した通り、後段に配設した第１、第２流量調整器ｉ１、ｉ２に、手動ニードル弁を用いるようにした場合には、負荷側ｆへ供給される混合ガスとしての人工空気ｅ等が、目的とする所定の混合濃度から外れてしまったような場合、全くフィードバック制御等による補正機能を有していないことから、自動運転を行うことができないことになる。
これについて、上記第１、第２流量調整器ｉ１、ｉ２にマスフローコントローラ等の自動ニードル弁を用いるようにすれば、自動運転は可能となるが、フィードバック制御は比率制御、すなわち、第１、第２ガスｄ１、ｄ２の流量間に、ある比例関係を保たせる制御が必要となり、この結果制御系がかなり複雑化してしまう欠陥がある。
【０００８】
本発明は上記従来技術に鑑み検討されたもので、それは前記第３の流量混合供給方法と同じく流通式である流量混合によるものであるが、酸素等の第１ガスと窒素等の第２ガスとをレシーバタンクに注入し、ここで得られた混合ガスを負荷側へ連続的に供給する際、レシーバタンクのガス内圧が、負荷側における混合ガスの消費によって変動しても、当該ガス内圧を測知する圧力スイッチの応動によって、第１、第２ガスのレシーバタンクへ注入する全流量をＯＮ−ＯＦＦ制御方法により調整して、前記ガス内圧を一定化することにより、レシーバタンク内の混合ガス濃度に、ばらつきが生じないようにするのが、第１の目的である。
【０００９】
第２の目的は、上記のレシーバタンクから流出する混合ガスについて、第１、第２ガスの一方の濃度をガス分析計により測知し、当該濃度が目的濃度に対する上限値か下限値に達したとき、当該測知結果に基づいて、レシーバタンクに流入する第１、第２ガスの流量を、ＯＮ−ＯＦＦ制御におけるＯＮの時間を変更して、混合ガスの第１、第２ガスの濃度補正をも行うようにし、これにより常に目的濃度の保持された混合ガスの供給を高い信頼性をもって実現することである。
【００１０】
第３の目的は、第１、第２ガス源、第１、第２減圧弁、第１、第２電磁弁、レシーバタンク、圧力スイッチ、シーケンサ、ガス分析計、負荷用減圧弁を適切に連結または電気的に接続して構成することにより、本発明方法が確実に実施できるものを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るものは、上記の目的を達成するため、第１ガスと第２ガスとを均圧制御した後、当該第１、第２ガスを夫々第１、第２電磁弁を介してレシーバタンクに注入し、当該レシーバタンク内の第１、第２ガスによる混合ガスを、所定の供給圧に調整して負荷側へ連続的に供給すると共に、上記レシーバタンクのガス内圧が、負荷側の混合ガス消費により下限値に達すると、これを検知した圧力スイッチが、シーケンサを介して前記第１、第２電磁弁を開動することにより、第１、第２ガスのレシーバタンクへの注入を開始し、当該レシーバタンクのガス内圧が上昇して上限値に達すると、これを検知の圧力スイッチが、シーケンサを介して上記の第１、第２電磁弁を閉動することで、第１、第２ガスのレシーバタンクへの注入を停止するよう制御し、かつレシーバタンクから流出する前記混合ガス中における一方のガスにつき、ガス分析計によりその濃度を測知し、測知結果が所定濃度範囲以上に達すると、これにより当該ガス分析計がシーケンサを介して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更するようにし、前記測知結果が所定濃度範囲以下に達すると、これにより前記ガス分析計が、シーケンサを介して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更することにより、混合ガスの第１、第２ガスの濃度補正がなされるようにしたことを特徴とする二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給方法を提供しようとしている。
【００１２】
本発明の請求項２に係るものは、上記の目的を達成するため、第１ガス源は順次第１減圧弁と第１電磁弁を介し、第２ガス源は順次第２減圧弁と第２電磁弁を介して夫々レシーバタンクに連結され、当該レシーバタンクのガス内圧につき、所定の下限値と上限値により応動する圧力スイッチをシーケンサに接続し、当該シーケンサには、上記応動出力により開閉動作する前記第１、第２電磁弁に接続されると共に、前記レシーバタンクから負荷用減圧弁を介して負荷側へ供給される前記混合ガス中における一方のガスの濃度を測知するガス分析計が連結され、当該測知結果が所定濃度範囲以下または以上に達すると、これにより当該ガス分析計がシーケンサに入力して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更することにより、混合ガスの濃度補正がなされることを特徴とする二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給装置を提供しようとしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
はじめ、本発明の流通式供給装置について説明する。酸素などの第１ガスＧ１は、第１ガス源１Ａから順次第１減圧弁１Ｂと第１電磁弁１Ｃを介して、第１ガス管１Ｄによりレシーバタンク３に注入自在であり、同様にして窒素などの第２ガスＧ２は、第２ガス源２Ａから順次第２減圧弁２Ｂと第２電磁弁２Ｃを介して、第２ガス管２Ｄにより前同レシーバタンク３に注入自在なるよう連結構成されている。
【００１４】
上記レシーバタンク３にはそのガス内圧を測知するための圧力スイッチ４が連結され、さらに当該ガス内圧が下限値と上限値に達したとき応動することとなる当該圧力スイッチ４は、次段のシーケンサ５に接続されており、このシーケンサ５には、上記圧力スイッチ４の応動出力により開閉動作する前記第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃが、電気的に接続されている。
【００１５】
上記レシーバタンク３の混合ガス供給路６には、負荷側Ｌに所定ガス圧で混合ガスＭＧを供給するため、これを所定ガス圧に調整するための負荷側減圧弁７が介設されていると共に、上記の混合ガス供給路６には、混合ガスＭＧに関し、その第１、第２ガスＧ１、Ｇ２における一方のガスにつき、その濃度を測知するガス分析計８が連結されている。
そして、上記シーケンサ５による第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃの制御は、前記の如く圧力スイッチ４の応動によるＯＮ−ＯＦＦ制御であり、また上記ガス分析計８からの入力を受けたシーケンサ５は、第１、第２電磁弁１Ｃ、２ＣのＯＮ−ＯＦＦ制御にあって、その開閉動作時間を変更することができるよう構成されている。
【００１６】
以下、上記流通式供給装置を用いて本発明の流通式供給方法を実施する例を説明する。第１ガス源１Ａからの酸素等による第１ガスＧ１と、第２ガス源２Ａからの窒素等による第２ガスＧ２とを夫々第１減圧弁１Ｂ、第２減圧弁２Ｂにより均圧制御（第１、第２ガス源からのガス圧を７kg/cm^２として６kg/cm^２程度の均圧とする）し、当該第１、第２ガスＧ１、Ｇ２を、夫々第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃを介して、第１、第２ガス管１Ｄ、２Ｄによりレシーバタンク３に注入する。
さらに、上記レシーバタンク３内で、第１、第２ガスＧ１、Ｇ２により得られた人工空気等の混合ガスＭＧを、混合ガス供給路６により、負荷側減圧弁７を介して所定の供給圧に調整した後、負荷側Ｌへ連続的に供給することになる。
【００１７】
もちろん、混合ガスＭＧが人工空気であれば、レシーバタンク３による混合ガスＭＧの目的濃度は２１％酸素濃度となるように、前記第１、第２ガスＧ１、Ｇ２の流量が、シーケンサ５によってＯＮ−ＯＦＦの時間的制御を受けるようにするのである。従って人工空気の場合であれば、酸素側である第１電磁弁の開閉動作時間は２１００ｍｓ、そして窒素側である第２電磁弁の開閉動作時間は７９００ｍｓとなるよう時間設定すればよい。
この場合、実際上当該電磁弁の開閉動作時間が長きに失すると、レシーバタンク３の下流にあって酸素濃度が不安定になり易いので、第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃの切り替えは高頻度かつ高速にすることが望ましく、またレシーバタンク３の内容積は、酸素と窒素を安定的に混合し得るように１ｍ^３以上とするのが好ましい。
【００１８】
本発明では、上述した混合ガスＭＧの連続的供給時、第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃについて、圧力スイッチ４・シーケンサ５・第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃの電気的な接続で以下のようなＯＮ−ＯＦＦ制御を行うと共に、当該第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃについて、ガス分析計８・シーケンサ５・第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃの電気的な接続で以下のようなＯＮ−ＯＦＦ制御による電磁弁の開通時間の制御を行う。
【００１９】
前者の圧力スイッチ４によるＯＮ−ＯＦＦ制御について詳記すると、もちろん混合ガスＭＧが人工空気であれば、レシーバタンク３による混合ガスＭＧの目的濃度は２１％酸素濃度であり、前記の如く第１、第２ガスＧ１、Ｇ２の適量がレシーバタンク３に注入されるようＯＮ−ＯＦＦ制御を行うのであるが、負荷側Ｌで混合ガスＭＧが消費されると、供給流量が負荷追従式であるため、供給流量の状況により、レシーバタンク３のガス圧が低下したり上昇して、第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃと、レシーバタンク３との間の差圧が変化してしまい、このことで混合ガスＭＧの混合濃度にばらつきが生じる。
【００２０】
それで本発明は、上記の差圧を一定の範囲内に維持するため、圧力スイッチ４が前記のように設けられる。一例を示せばレシーバタンク３のガス内圧が４．５kg/cm^２の下限値まで低下すると、レシーバタンク３に連続の圧力スイッチ４が動作し、制御系であるシーケンサ５介して第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃが開動し、レシーバタンク３内で第１、第２ガスＧ１、Ｇ２の混合が開始する。
次いで、レシーバタンク３のガス内圧が上昇して、５．０kg/cm^２の上限値に達した場合には、前記圧力スイッチ４が動作して制御系のシーケンサ５を介して、第１、第２電磁弁１Ｃ、２Ｃが閉動することで、レシーバタンク３内での第１、第２ガスＧ１、Ｇ２の混合を停止させるのであり、このようにして当該具体例では、レシーバタンク３のガス内圧が、４．５kg/cm^２〜５．０kg/cm^２の範囲に保持されることとなる。
【００２１】
次に、前掲ガス分析計８を使用して混合ガスＭＧの濃度を目的濃度となるように濃度補正する方法につき、具体例を示した図２を参照して以下説示する。すなわちレシーバタンク３から流出する混合ガスＭＧ中における酸素等一方のガスについて、ガス分析計８により、その濃度を測知し、当該測知結果が所定濃度範囲、すなわち、酸素濃度が２０．１〜２１．９％の濃度範囲内を保持しているときは、前記のように酸素に係る第１電磁弁１ＣのＯＮ−ＯＦＦ制御による電磁弁の開閉動作時間を２１００ｍｓ、窒素に係る第２電磁弁２Ｃの開閉動作時間は７９００ｍｓに保持するのである。
因みに、ガス分析計８としては、連続量としての自動計測が必要なため、ガスクロマトグラフィのような断続量の計測手段は不向きである。
【００２２】
次にガス分析計８が、酸素の濃度２２％以上の酸素リッチを検知したときは、例えば、シーケンサ５により酸素に係る第１電磁弁１Ｃの開閉動作時間は変更せずに２１００ｍｓのままとし、窒素に係る第２電磁弁２Ｃの開閉動作時間のみを７９００ｍｓから８１００ｍｓに変更するようにし、酸素リッチを解消するのである。
もちろん、上記のように酸素について開閉動作時間を不変とし、窒素についてだけ開閉動作時間を長くするのではなく、窒素の開閉動作時間を不変として酸素について変更するようにしたり、双方のガスについて夫々の開閉動作時間を増減変更したりすることも可能である。
【００２３】
さらに、上例にあって酸素濃度が２０％以下となり窒素リッチの状態をガス分析計８が検知した際には、酸素に係る開閉動作時間を前記の如く不変とし、今度は窒素に係る開閉動作時間を７９００ｍｓから７７００ｍｓにすることで濃度補正が実施でき、この際にも前記と同じく、窒素不変で酸素変動とか双方ガスの変動による開閉動作時間の調整により濃度補正を行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の請求項１に係る方法によるときは、従来の流量混合と同じく連続的な混合ガスの供給ができることを前提としているだけでなく、混合すべき第１、第２ガスを、時間的コントロール方式であるＯＮ−ＯＦＦ制御によってレシーバタンクへ注入し、ここで混合ガスを得るようにしているため、従来の流量混合方式にあって自動ニードル弁を用いるようにした場合の如く、フィードバック制御に比例制御を必要とせず、ＯＮ−ＯＦＦ制御の採択が可能となり、制御系の大幅な簡素化を実現することができる。
【００２５】
本発明の請求項１に係る方法によるときは、また、圧力スイッチとシーケンサを用いて第１、第２電磁弁のＯＮ−ＯＦＦ制御を行うようにしたので、負荷側における混合ガスの消費量が変化しても、レシーバタンクのガス内圧を常に所定圧に保持でき、この結果不本意に第１、第２ガスの濃度が変動してしまうことがない。しかもガス分析計とシーケンサを用いることで、混合ガスの第１、第２ガス濃度に不本意な変動が生じても、ＯＮ−ＯＦＦ制御による電磁弁の開閉動作時間を変更することで、簡易な制御系により迅速に目的濃度への補正がなされ、信頼性の高い混合ガスの連続供給を保証することができる。
【００２６】
本発明の請求項２に係る装置によるときは、その適切にして簡易な構成によって、請求項１に係る流通式供給方法を確実にして簡易に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項２に係る二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給装置を示した全体構成図である。
【図２】本発明の請求項１に係る二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給方法であって、混合ガスの目的濃度をＯＮ−ＯＦＦ制御で補正する際のフローチャート例である。
【図３】従来の二種ガスの混合方法に関し、（Ａ）はその重合混合方法を実施するための装置略示図で（Ｂ）は圧力混合方法の実施に用いられている装置の略示図である。
【図４】従来用いられている流量混合方法を実施するための装置例を示す全体構成図である。
【符号の説明】
１Ａ第１ガス源
１Ｂ第１減圧弁
１Ｃ第１電磁弁
２Ａ第２ガス源
２Ｂ第２減圧弁
２Ｃ第２電磁弁
３レシーバタンク
４圧力スイッチ
５シーケンサ
７負荷用減圧弁
８ガス分析計
Ｇ１第１ガス
Ｇ２第２ガス
Ｌ負荷側
ＭＧ混合ガス

Claims

第１ガスと第２ガスとを均圧制御した後、当該第１、第２ガスを夫々第１、第２電磁弁を介してレシーバタンクに注入し、当該レシーバタンク内の第１、第２ガスによる混合ガスを、所定の供給圧に調整して負荷側へ連続的に供給すると共に、上記レシーバタンクのガス内圧が、負荷側の混合ガス消費により下限値に達すると、これを検知した圧力スイッチが、シーケンサを介して前記第１、第２電磁弁を開動することにより、第１、第２ガスのレシーバタンクへの注入を開始し、当該レシーバタンクのガス内圧が上昇して上限値に達すると、これを検知した圧力スイッチが、シーケンサを介して上記の第１、第２電磁弁を閉動することで、第１、第２ガスのレシーバタンクへの注入を停止するよう制御し、かつレシーバタンクから流出する前記混合ガス中における一方のガスにつき、ガス分析計によりその濃度を測知し、測知結果が所定濃度範囲以上に達すると、これにより当該ガス分析計がシーケンサを介して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更するようにし、前記測知結果が所定濃度範囲以下に達すると、これにより前記ガス分析計が、シーケンサを介して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更することにより、混合ガスの第１、第２ガスの濃度補正がなされるようにしたことを特徴とする二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給方法。
第１ガス源は順次第１減圧弁と第１電磁弁を介し、第２ガス源は順次第２減圧弁と第２電磁弁を介して夫々レシーバタンクに連結され、当該レシーバタンクのガス内圧につき、所定の下限値と上限値により応動する圧力スイッチをシーケンサに接続し、当該シーケンサには、上記応動出力により開閉動作する前記第１、第２電磁弁に接続されると共に、前記レシーバタンクから負荷用減圧弁を介して負荷側へ供給される前記混合ガス中における一方のガスの濃度を測知するガス分析計が連結され、当該測知結果が所定濃度範囲以下または以上に達すると、これにより当該ガス分析計がシーケンサに入力して前記第１、第２電磁弁の一方または双方につき、ＯＮ−ＯＦＦ制御による当該電磁弁の開閉動作時間を変更することにより、混合ガスの濃度補正がなされることを特徴とする二種ガスによる目的濃度混合ガスの流通式供給装置。