JPS6138539A - Flow controller - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は主にガス分析を行なう流れ制御装置に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] TECHNICAL FIELD The present invention relates primarily to a flow control device for performing gas analysis.

本発明は特に流れ制御装置に関し、このガス制御装置は
、分析されるガス源と、真空源と、導管と、導管の一端
をガス源とに接続する手段と、導管の他端を真空源に接
続する手段と、ガス分析器と、導管の一端と真空源との
間のダクトにおいて１人分析器を接続する手段と、導管
の一端と真空源の間の所定点で導管へ他のガスが流入す
るのを許す手段と、その一端を上記所定点との間に少な
くとも４のペクレ数を持つ上記導管とで構成される。　
　〔発明の要約〕 病院中のあるいは検査中に、呼吸補助を受けている患者
により利用されているガス、例えば、酸素、を監視する
ことが、しばしば必要とされる。The invention particularly relates to a flow control apparatus comprising: a source of gas to be analyzed; a source of vacuum; a conduit; means for connecting one end of the conduit to the source of gas; and a means for connecting the other end of the conduit to the source of vacuum. means for connecting a gas analyzer; means for connecting a one-person analyzer in a duct between one end of the conduit and a vacuum source; and a conduit having a Peclet number of at least 4 between one end thereof and the predetermined point.
SUMMARY OF THE INVENTION During hospital visits or during examinations, it is often necessary to monitor gases, such as oxygen, utilized by patients receiving respiratory support.

これらのガスを以下単にガスと言う、関連のガスの組成
を決定するために、呼吸期間中にガスの監視を行なうこ
とが好ましい。呼吸ガスの変化が、監視処理を妨害せず
、さらに均一あるいはほぼ均一な検査条件を確保するよ
うな、適切で、正確な分析器でもって、精密な検査手順
を維持することは、有用である。Gas monitoring is preferably carried out during the breathing period in order to determine the composition of the relevant gases, hereinafter simply referred to as gases. It is useful to maintain precise testing procedures with suitable and accurate analyzers so that changes in breathing gases do not interfere with the monitoring process and also ensure uniform or near-uniform testing conditions. .

〔実施例〕〔Example〕

かかる試験あるいは制御された環境を与えるために、呼
吸管６が開示されている。この管の一端は、周知の方法
で、例えば顔面マスクで、患者に結合され、その他端は
標準的な仕方で結合されている。ガスは、患者の呼吸サ
イクル期間中に異なった回数だけ異なった方向に呼吸管
を介して流れる。To provide such a test or controlled environment, a breathing tube 6 is disclosed. One end of the tube is connected to the patient in a well known manner, eg, with a face mask, and the other end is connected in a standard manner. Gas flows through the breathing tube at different times and in different directions during the patient's breathing cycle.

これは矢印７で示されている。This is indicated by arrow 7.

かかるガスをサンプル採集するために、管８が設けられ
ている。この管は適切な点で管６と交差しており、さら
に好ましくはその中にガス流面積を制御できる制御弁９
を有している。管８はコネクター１１を介して導Ｗ１２
に導かれている。導管１２は一つの回路分岐の一部を形
成している。A tube 8 is provided for sampling such gas. This pipe intersects the pipe 6 at a suitable point and furthermore preferably has a control valve 9 therein which allows control of the gas flow area.
have. The pipe 8 is connected to the conductor W12 via the connector 11.
guided by. Conduit 12 forms part of a circuit branch.

コネクター１３は第一の所定点で導管１２に開いている
。また、コネクター１３は適切な種類のガス分析器１４
に結合されている。分析器はコネクター１６を介して管
１７に延びている。管１７は導管１２と平行な他の回路
分岐の一部を形成している１回路分岐は導管１２と管１
７を含んでおり、そしてガス流結合のための二重通路を
形成している。管１７は管１８でもってブロック１９に
結合されている。ブロック１９は真空あるいは準周囲圧
力の源２１に開放している。この圧力源としては、周知
の真空ポンプ、特に二段ポンプ（ｔｗｏ−ｓｔａｇｅｐ
ｕｍｐ）が好ましい、第二の所定点で、導管１２はＴ復
管２２と５！４整弁２３を介してカップリング２４に接
続されている。カップリング２４はブロック１９に結合
されている。また真空源２１とも連通している。導管１
２の端部、カップリング２４、そしてブロック１９は真
空源２１に対して、第一の回路、分岐、流路、あるいは
導管を与えている。Connector 13 opens into conduit 12 at a first predetermined point. The connector 13 can also be connected to a suitable type of gas analyzer 14.
is combined with The analyzer extends into tube 17 via connector 16. Tube 17 forms part of another circuit branch parallel to conduit 12. One circuit branch is conduit 12 and conduit 1.
7 and forming a dual passageway for gas flow coupling. Tube 17 is connected to block 19 by tube 18. Block 19 opens to a source 21 of vacuum or sub-ambient pressure. This pressure source can be a well-known vacuum pump, in particular a two-stage pump.
At a second predetermined point, preferably amp), the conduit 12 is connected to a coupling 24 via a T return pipe 22 and a 5!4 valve 23. Coupling 24 is connected to block 19. It also communicates with a vacuum source 21. conduit 1
2, coupling 24, and block 19 provide a first circuit, branch, flow path, or conduit for vacuum source 21.

導管１２、コネクター１３、ガス分析器１３、コネクタ
ー１６、管１７と１８とは、真空源２１に対して第二の
別の回路、分岐、流路、或いは導管を与えている。　圧
力変換器２６はパイプ２７を介してブロック１９に結合
しており、これにより、ブロック１９と連通し、関連の
回路分岐の影響を受ける。変換器２６は導体２８に電気
信号を与える。この信号は変換器に与えられる圧力に対
応する。導体２８の信号はサーボ機溝２８に入り、弁３
１を制御する。この場合、弁３１は好ましくは磁気的に
作動される。弁３１はインレット管３２に結合され、こ
の管３２は周囲（ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ）に開いており
、さらにＮ菌フィルター３３を介して弁３１の入り口に
延在している。弁３１からのアウトレット３４はＴ復管
２２に結合されている。弁３１は、サーボ回路２９、リ
ード３６、導体２８を介して変換器２６より得られる信
号によって制御される。弁３１の位置及び周囲よりのＴ
復管２２への　そしてそれ以降への流れは圧力変換器２
６の制御のもとにある。管１２内での瞬時圧力を示す圧
力変換器あるいはゲージ４１は、ガス分析器のコネクタ
ー１３の近くで導管１２と光合している。Conduit 12, connector 13, gas analyzer 13, connector 16, and tubes 17 and 18 provide a second separate circuit, branch, flow path, or conduit for vacuum source 21. The pressure transducer 26 is connected to the block 19 via a pipe 27, thereby communicating with the block 19 and being affected by the associated circuit branch. Transducer 26 provides an electrical signal to conductor 28. This signal corresponds to the pressure applied to the transducer. The signal on conductor 28 enters servo machine groove 28 and enters valve 3
Control 1. In this case, the valve 31 is preferably operated magnetically. The valve 31 is connected to an inlet pipe 32 which is open to the atmosphere and further extends through an N bacteria filter 33 to the inlet of the valve 31 . Outlet 34 from valve 31 is connected to T-return pipe 22 . Valve 31 is controlled by a signal obtained from transducer 26 via servo circuit 29, lead 36, and conductor 28. Position of valve 31 and T from surroundings
Flow to return pipe 22 and beyond is to pressure transducer 2
It is under the control of 6. A pressure transducer or gauge 41 indicating the instantaneous pressure within the tube 12 mates with the conduit 12 near the gas analyzer connector 13.

本発明では、導管１２の構造は特別なものとなっている
。導管１２の長さと内部の寸法は、そのペクレ数が好ま
しくは６以上、さらには４以上となるように、定められ
る。In the present invention, the structure of the conduit 12 is special. The length and internal dimensions of the conduit 12 are determined such that its Péclet number is preferably 6 or more, and even 4 or more.

ベクＶ数とは無犬元数であり、ガス速度によるバルク流
れ及びガスの拡散率による管１２を介してのガスの質量
の輸送の大きさの関係を表わし、下記の式で表わされる
。The vector V number is a dogless element, and represents the relationship between the bulk flow due to the gas velocity and the magnitude of gas mass transport through the pipe 12 due to the gas diffusivity, and is expressed by the following equation.

ここで、Ｖ＝、Ｖスフ０−　（ｃｍ／秒）Ｌ＝特性流路
長（ａｍ） Ｄ＝質量拡散率（０１１１２７秒） 始め、本発明ではインレット３２を介してＴ壁管２２に
与えられる圧力補償ガスとして窒素を使泪した。しかし
、この窒素は、下流に流れる呼吸ガス（酸素）に対して
上流に拡散し、この結果、ガス分析器１４に入る呼吸ガ
スを汚染した。これが、読み取り誤差となって現われた
。このため、ガス拡散、特に質量拡散について、研究し
た。ガス拡散率は概ね下記の式で与えられる。Here, V=, Vsuf0- (cm/sec) L=characteristic flow path length (am) D=mass diffusivity (011127 seconds) Initially, in the present invention, it is applied to the T-wall tube 22 via the inlet 32. Nitrogen was used as pressure compensation gas. However, this nitrogen diffused upstream relative to the breathing gas (oxygen) flowing downstream, thus contaminating the breathing gas entering the gas analyzer 14. This appeared as a reading error. For this reason, we studied gas diffusion, especially mass diffusion. The gas diffusivity is approximately given by the following formula.

ここで、Ｔ＝湿温度Ｔ″Ｋ） Ｍ＝分子量 Ｐ＝周囲圧力 δＡＢ＝分子間の干渉距離（Ａ） ΩＤ、ＡＢ＝温度と分子間フィールドとの間の無次元で
の関係 Ｂ　ｉｒｄ、　Ｓ　ｔｅｕ＋ａｒｄ、　Ｌ　ｉｇｈｔｆ
ｏｏｔ氏による［Ｔｒａｎ−ｓｐｏｒｔ　Ｐｈｅｎｏｍ
ｅｎａｌでの実験結果によれば、δＡＢとΩＤ、ＡＢと
は酸素と窒素とに対して決定できる。　　Ｔ＝２９８°
に、Ｐ＝１）ルすなわち１／７６０気圧の場合、ＤＡＢ
＝　１６５ｃｍ２／秒となる。Here, T = Humid temperature T''K) M = Molecular weight P = Ambient pressure δAB = Intermolecular interference distance (A) ΩD, AB = Dimensionless relationship between temperature and intermolecular field B ird, S teu+ard, lightf
[Trans-sport Phenom] by Mr.oot
According to the experimental results at enal, δAB, ΩD, and AB can be determined for oxygen and nitrogen. T=298°
If P=1) or 1/760 atm, then DAB
= 165cm2/sec.

この関係式によれば、はぼコネクター１３の中心とＴ壁
管２２の中心との間の導管１２の軸方向の距離は約１３
ｃｍである。導管１２の直径は０．９３ｃ＋ｎ（０，３
７５インチ）である。流量は標準の温度と圧力で５　ｍ
ｌ／ａｋｉｎである。圧力は１．０トルで■は０１１１
７秒であり、ペクレ数は６．０である。そして、汚染ガ
スの上流への流れはない。According to this relational expression, the distance in the axial direction of the conduit 12 between the center of the hollow connector 13 and the center of the T-wall tube 22 is approximately 13
cm. The diameter of the conduit 12 is 0.93c+n (0,3
75 inches). Flow rate is 5 m at standard temperature and pressure
It is l/akin. The pressure is 1.0 torr and ■ is 0111
The time is 7 seconds, and the Péclet number is 6.0. And there is no upstream flow of polluting gas.

ペクレ数は、関連の７アクターの対応する関係に依存し
て、所望値に選択できる。実際には、ある程度の汚染が
あったとしても、ペクレ数は低くてもよく、たとえば、
４あるいは５であってよい。The Péclet number can be selected to a desired value depending on the corresponding relationships of the seven actors involved. In reality, even if there is some contamination, the Péclet number may be low, e.g.
It may be 4 or 5.

開示の条件下で、汚染がまったくないときは、ペクレ数
は６でもよい。面積（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ）及び相
対的な関係をもっと高い値をとるように、つまり、ペク
レ数が１０となるようにすることもできるが、６以上の
値については、汚染については特別な利益はない、上述
の関係を守れば、構造的には満足し得る。Under the disclosed conditions, the Péclet number may be 6 when there is no contamination. The proportions and relative relationships could be set to higher values, i.e., with a Péclet number of 10, but for values above 6 there is no particular benefit with respect to contamination. As long as the above-mentioned relationship is maintained, the structure can be satisfied.

管６は人間の自然のあるいは透導された呼吸線として結
合され、構成されている。弁２３は選択された値に設定
され、新型の抵抗値を持っている。The tube 6 is connected and configured as a person's natural or transparent breathing line. Valve 23 is set to a selected value and has a new resistance value.

そして、回路網は付勢されており、真空ポンプ２１は作
動している。制限弁２１より真空源２１へガスは流れ、
対応する圧力低下がある。ガスは呼吸管６よりコネクタ
ー１３とガス分析器１４を介して流れる。なぜなら、分
析器も’１７１７と１８、さらにブロック１９を介して
真空源２１に結合されているからである。The circuitry is then energized and the vacuum pump 21 is operating. Gas flows from the restriction valve 21 to the vacuum source 21,
There is a corresponding pressure drop. Gas flows from the breathing tube 6 through the connector 13 and the gas analyzer 14. This is because the analyzer is also coupled to vacuum source 21 via block 17 and 18 and block 19.

分析器が呼吸ガスの分析器への呼吸ガスの流れを瞬時的
な、現在値で指示することができるように、ガスは分析
器へ連続して流れる。変向したガスの圧力は監視デージ
４１で指示される。管６の圧力と流れは大きく変化し易
い。これは、呼吸管に結合されているのは患者のみか、
あるいは呼吸装置も結合されているのかといった、それ
への結合関係に依存する。Gas flows continuously to the analyzer so that the analyzer can direct the flow of breathing gas to the analyzer in an instantaneous, current value. The pressure of the diverted gas is indicated by the monitoring stage 41. The pressure and flow in tube 6 is subject to large variations. This means that only the patient is connected to the breathing tube.
Or, it depends on the connection to it, such as whether a breathing device is also connected.

一般のガスの流れは、導管１２を介して、図で左から右
へ、そして真空源に流れる。流速は、部分的には、可変
弁２３の位置とそれの調整量とで制御される。導管１２
を含む分岐からの流れと、管１７．１８を含む分岐から
の流れとはブロック１９内で合流し、その圧力は管２７
を介し、圧力変換器２６に与えられる。この圧力変化が
信号となり、導体２８、サーボ回路２９、導体３６を経
て弁３１に与えられる。この弁は対応して少なくとも部
分的に開閉して、リーク３２、フィルター３３、及び弁
３１を介してＴ壁管２２に流れる周囲空気或いは他の供
給ガスの流入を変える。The general gas flow flows through conduit 12 from left to right in the figure and to the vacuum source. The flow rate is controlled, in part, by the position of variable valve 23 and its adjustment amount. conduit 12
The flow from the branch containing pipe 17.18 and the flow from the branch containing pipe 17.18 are combined in block 19, the pressure of which is
to the pressure transducer 26 via. This pressure change becomes a signal and is applied to the valve 31 via the conductor 28, the servo circuit 29, and the conductor 36. This valve correspondingly opens and closes at least partially to alter the inflow of ambient air or other supply gas through leak 32, filter 33, and valve 31 into T-wall tube 22.

この流入空気の量は、導管１２又・の圧力？一定値に保
持するようにするのが好ましい。この流入空気の一部は
弁２３を介して真空源２１に流ｊする。Is the amount of this incoming air the pressure of the conduit 12? It is preferable to maintain it at a constant value. A portion of this incoming air flows through the valve 23 to the vacuum source 21.

この空気の一部は、上流への拡散によりあるいはＴ壁管
２２からコネクター１３へ、つまり、呼吸管６から入り
込むガスとは反対方向に、流れがちとなる０周囲条件の
もとで、そして特別の構成を取らない限り、導管１２は
同時に二方向のガスの流れのらとに置かれる。圧力降下
により、この二つの流れの一つは図面で左からの方向を
取る。つまり、例えば、コネクター１１よりＴ壁管２２
に向＜、ｔの流れは、図面で左に向（、つまりＴ型営２
２よりコネクター１１に向（分子拡散流である。圧力降
下による流れ並びに分子拡散流はある条件下では問題な
い、が、他の条件下では、これらは非常に有害である。A portion of this air tends to flow by diffusion upstream or from the T-wall tube 22 to the connector 13, i.e. in the opposite direction to the gas entering from the breathing tube 6, and under special Unless otherwise configured, conduit 12 is placed in two directions of gas flow at the same time. Due to the pressure drop, one of the two flows takes the direction from the left in the drawing. That is, for example, from the connector 11 to the T-wall pipe 22
The flow of <, t is toward the left in the drawing (that is, the flow of T type 2
2 to connector 11 (molecular diffusion flow. Pressure drop flow as well as molecular diffusion flow are fine under some conditions, but under other conditions they are very harmful.

つまり、例えば、周囲空気がガス分析器に流れ、管６よ
りガス分析器に与えられる呼吸ガスサンプルを汚染する
。この結果、正確な結果が得られなくなる。Thus, for example, ambient air flows into the gas analyzer and contaminates the respiratory gas sample provided to the gas analyzer via tube 6. This results in inaccurate results.

上流の分子流によるかかる汚染を禁止あるいは制御する
ために、導管１２の寸法と形状を周到に選び、上述のペ
クレ敗を与える様にする。前記の条件下では、Ｔ型９２
２よりコネクター１１に向く上流への分子拡散流は、コ
ネクター１１よりＴ壁管２２に向く呼吸ガスの下流への
流れよりも大きくはない、管３２よりＴ壁管２２に到達
するガスは導管１２を介して上流へは拡散しない、コネ
クター１３を介して分析器１４へは入ることはできず、
試験中の呼吸ガスを汚染せず、したがって、ガス分析器
による結果に対しては影響しない。In order to inhibit or control such contamination by upstream molecular streams, the dimensions and shape of conduit 12 are carefully chosen to provide the Peclet failure described above. Under the above conditions, T-type 92
The upstream flow of molecular diffusion from connector 2 to connector 11 is no greater than the downstream flow of breathing gas from connector 11 to T-wall tube 22; the gas reaching T-wall tube 22 from tube 32 is cannot diffuse upstream through the connector 13, cannot enter the analyzer 14 through the connector 13,
It does not contaminate the breathing gas during the test and therefore has no effect on the results provided by the gas analyzer.

かかる構成により、管６からの呼吸ガスによる速度及び
圧力の変化にかかわらず、導管１２を介して流れる流れ
の圧力を適切に制御することで、分析器のガス分析を非
常に正確なものとすることがでさる。＊た、導管１２内
での内部圧力を調整、維持するために、他のガスを導入
することによる汚染の問題もない。Such a configuration makes the gas analysis of the analyzer highly accurate by properly controlling the pressure of the flow flowing through conduit 12 despite changes in velocity and pressure due to breathing gas from tube 6. That's a big deal. *There is also no problem of contamination due to the introduction of other gases to regulate and maintain the internal pressure within the conduit 12.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

添付の図面は本発明の流れ制御装置のＦＲ成図を示すも
のであり、一部が破断、一部が断面で示されている。 符号の説明The attached drawings show an FR diagram of the flow control device of the present invention, with some parts broken away and some parts shown in cross sections. Explanation of symbols

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] （１）分析されるガス源と、真空源と、導管と、上記導
管の一端を上記ガス源とに接続する手段と、上記導管の
他端を上記真空源に接続する手段と、ガス分析器と、上
記導管の一端と上記真空源との間のダクトにおいて上記
ガス分析器を接続する手段と、上記導管の一端と上記真
空源の間の所定点で上記導管へ他のガスが流入するのを
許す手段と、その一端を上記所定点との間に少なくとも
４のペクレ数を持つ上記導管とで構成されることを特徴
とする流れ制御装置。(1) a source of gas to be analyzed, a source of vacuum, a conduit, means for connecting one end of the conduit to the source of gas, means for connecting the other end of the conduit to the source of vacuum, and a gas analyzer. and means for connecting the gas analyzer in a duct between one end of the conduit and the vacuum source, and means for introducing another gas into the conduit at a predetermined point between the one end of the conduit and the vacuum source. and the conduit having a Péclet number of at least 4 between one end thereof and the predetermined point. （２）上記ガス源よりのガスの流れを制限する手段をさ
らに含むことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に
記載の流れ制御装置。2. The flow control device according to claim 1, further comprising means for restricting the flow of gas from the gas source. （３）上記真空源への流れを制限する上記ダクトを閉じ
る手段をさらに含むことを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項に記載の流れ制御装置。3. A flow control device according to claim 1, further comprising means for closing said duct to restrict flow to said vacuum source. （４）他のガスを許す上記手段に可変弁をさらに含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第（１）、（２）又は（
３）項に記載の流れ制御装置。(4) Claim No. (1), (2) or (
3) Flow control device according to item 3). （５）上記導管の圧力のもとに置かれ、上記可変弁を変
化させる圧力変換器をさらに含むことを特徴とする特許
請求の範囲第（４）項に記載の流れ制御装置。5. The flow control device according to claim 4, further comprising a pressure transducer placed under the pressure of the conduit to vary the variable valve. （６）上記導管はその一端と上記所定点との間で約６の
ペクレ数を持つことを特徴とする特許請求の範囲第（１
）ないし（６）項のいずれかに記載の流れ制御装置。(6) The conduit has a Peclet number of about 6 between its one end and the predetermined point.
) to (6).