(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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、５０Ｂ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、５０Ｂ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、６２Ｂ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。２Ａ、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、８Ｂ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
【図１】
0003758717.tif 000002
【図２】
0003758717.tif 000003
【図３】
0003758717.tif 000004