JPH0617888B2

JPH0617888B2 - 圧力平衡調整器

Info

Publication number: JPH0617888B2
Application number: JP32378387A
Authority: JP
Inventors: 正顕横井
Original assignee: Toshin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toshin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1987-12-23
Filing date: 1987-12-23
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPH01165950A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ある容器等に収容された第１の圧力媒体（例
えば気体）の圧力と、別の容器等に収容された第２の圧
力媒体（例えば液体）の圧力とを平衡させる圧力平衡調
整器に関する。

（従来技術及びその問題点）気体等の第１の圧力媒体の圧力と、液体等の第２の圧力
媒体の圧力とを平衡させたいことがある。例えば、液体
が収容されかつ圧力が加えられた圧力容器内に気体充填
用容器が収容され、この容器内に圧力気体が収容され、
溶液の圧力と気体の圧力とを所定の圧力差としたり、等
しくする場合である。このような要求は、例えば、圧力
容器内に収容された所定溶液のペーハを測定するため
に、圧力容器内に注入される電極を中空状とし、電極の
中空部内に圧力気体を供給するような場合に必要とな
る。上記気体の圧力を溶液の圧力に対抗できる程度の大
きさにしないと、溶液の圧力によって電極が破損するこ
とにもなり兼ねないからである。

かかる破損を防止するためには、圧力平衡調整器を用い
て、電極内に供給する圧力気体の圧力と溶液の圧力と平
衡させる必要がある。然るに、従来の圧力平衡器は構造
が複雑で、コストが高く満足できるものとはいい難いも
のが殆どであった。

本発明は上記問題点を解決すること、即ち簡単な構造で
ありながら圧力平衡調整作用に勝れた圧力平衡器を提供
することを目的として成されたものである。

（問題点を解決するための手段，作用）上記目的を達成するために、本発明においては、例えば
高圧の気体である第１の圧力媒体を収容する第１の収容
部(76)と例えば高温高圧の液体である第２の圧力媒体を
収容する第２の収容部(77)との間の圧力を平衡させる圧
力平衡調整器(100)において、中空部を有する容器本体
(102、104、108)と、この中空部に設けられたピストン部
材(106)とを具備し、このピストン部材(106)により中空
部は第１の圧力室(112)と第２の圧力室(115)とに区分さ
れ、第１の圧力室(112)は第１の通路(96、131)により第
１の収容部(76)と連通され、第２の圧力室(114)は第２
の通路(97、133)により第２の収容部(77)と連通され、ピ
ストン部材(106)は第１の圧力室(112)と第２の圧力室(1
15)との間の圧力差に応じて移動し、このピストン部材
(106)の移動に協働して前記圧力差が調整され、この圧
力差が微少となるように第１及び第２の圧力室(112、11
5)の圧力が平衡することを特徴とする。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面をもとに説明する。これは
本発明がペーハ測定器に適用されたものである。

始めにペーハ測定の原理及びその不具合を簡単に説明す
る。所定材料（例えばジルコニア）で造った隔膜を有す
る電極及び基準電位を有する照合電極を所定の溶液中に
セットし、各々を電位差計に接続する。そして、溶液の
種類即ち測定雰囲気が変化すれば、隔膜の外周部に水素
イオン濃度に応じた電位を生じ、これに応じて照合電極
と電極との間に電位差が生ずるので、これを電位差計で
測定するのである。なお、その際電極内では酸素が不足
するので、外部からこれを補充する必要がある。

従前の電極が高温、高圧の溶液中にセットされた場合、
高温及び高圧のために電極の機械的強度が弱くなるとと
もに、高圧のために隔膜が変形し易くなり、また酸素の
供給量が変化して長時間の継続使用が困難になることが
あった。

これに対して、ここに開示した実施例はかかる不具合を
解消し得るものである。

ペーハ測定装置の全体を示す第１図において、ヒータ１
２を有する加熱炉１０の中空部には圧力容器本体１４が
挿入され、これに所定種類の溶液１６が充填されてい
る。圧力容器本体１４の開口部には圧力容器蓋板１８が
被せられ、これにより本体内が密封状態にセットされ
る。圧力容器蓋板１８には照合電極２０及びペーハ測定
用のジルコニア隔膜５８を有するジルコニア電極３０が
挿通され、各々の下端は溶液１６中に達し、上端は電位
差計２２が接続されている。電位差計２２にはペーハ測
定器２４が接続されている。ジルコニア電極５８につい
ては後に詳述する。

圧力容器本体１４及び蓋板１８の側方には圧力平衡調整
器１００が配置され、互いに平衡される一方の圧力が容
器本体１４内に、他方の圧力がジルコニア電極３０に連
通されている。圧力平衡調整器１００にはボンベ１６０
から酸素が供給されるようになっているが、これについ
ては後に詳述する。

次に、第２図をもとにペーハ測定用のジルコニア電極３
０について説明すると、この電極３０は円筒状の電極ホ
ルダ３２と、その一端の開口部に袋ナット７０により取
り付けされた円筒状のガス封入圧力容器４６と、ホルダ
の中空部を貫通して延びるジルコニア隔膜５８等を含
む。

即ち、電極ホルダ３２は小径部３４、中径部３６及び大
径部３８から成り、小径部３４は前記圧力容器蓋板１８
に形成された取付け穴４０内に螺合されており、中径部
３６には冷却水を充填するための環状の水室４２が形成
されている。大径部３８の大径穴４４にはガス封入圧力
容器４６下端の取付け部４８が挿入され、つば部５０と
大径部３８の端面との当接により軸方向位置が決められ
ている。取付け部４８と大径部３８との間はパッキン５
２によりシールされている。

取付け部４８の下端部４９の中空穴部はその直径が先端
（下端）に向かうにつれて漸増しており、ここにジルコ
ニア隔膜５８の上端に形成された頭部５６が係合してい
る。ジルコニア電極５８は胴部５４と頭部５６とから成
り、胴部５４は円筒管状で先端（下端）がるつぼ状にさ
れ、末端（上端）に頭部５６が形成されている。胴部５
４の下端部の内周面には白金触媒６０がコーティングさ
れている。頭部５６の直径は取付け部４８の下端部４９
に係合すべく先端（上端）に向かうにつれて漸減してい
る。ジルコニア隔膜５８の首部には隔膜固定キャップ６
１が嵌合され、このキャップ６１は上記取付け部４８の
下端部４９に螺合されている。これにより、ジルコニア
隔膜５８が圧力容器４６に固定されている。頭部５６と
取付け部４８の下端部４９との間はパッキン６４により
シールされている。そして電極ホルダ３２と圧力容器４
６とは、円周部６６が上記大径部３８に螺合し、フラン
ジ部６８がつば部５０の端面に係合する袋ナット７０に
より一体化されている。

圧力容器４６の上端には大径穴７２が形成され、上端か
ら若干下がった部分には半径方向穴７４が形成され、こ
の半径方向穴７４は、第１の圧力媒体の酸素の収容部で
ある圧力室７６に通じている。大径穴７２と圧力室７６
との間の段部には、導線８０を保持する導線絶縁管８２
に取り付けられた絶縁シールプラグ８４が着座し、さら
にシールプラグ押え８６が嵌合されている。シールプラ
グ押え８６と円筒部８８との間はパッキン９０によって
シールされており、シールプラグ８４及び押え８６は、
円筒部８８に螺合された袋ナット９２により圧力容器４
６に締付、固定されている。

絶縁管８２はほぼ圧力容器４６の圧力室７６全長にわた
って延び、これにより保持された導線８０の先端にはコ
イル９４が接続され、このコイル９４はコーティング６
０に弾性的に接触している。なお、導線８０の上端は前
記電位差計２２（第１図）に連結されている。また、上
記半径方向穴７４には気体導入管９６が固設されてい
る。なお、照合電極２０は公知のものであり、詳細につ
いては例えば本出願人の出願にかかる特公昭６０−４１
３０３等を参照されたい。

次に圧力平衡調整器１００について第３図をもとに説明
すると、この調整器１００は底板１０２、本体１０４、
圧力平衡ピストン１０６及び蓋体１０８から成る。底板
１０２には中心部に段付穴１０９が形成され、ここにパ
ッキンホルダ１１０が嵌合保持されている。本体１０４
は下方に開口した容器形状を呈し、本体１０４の中空部
に圧力平衡ピストン１０６が滑合され、このピストン１
０６の上方には第１の圧力室１１２が形成されている。
第１の圧力室１１２は第１の通路を形成する連通穴１３
１及びパイプ（気体導入管）９６によりジルコニア電極
３０に連通されている。

ピストン１０６は軸方向穴１１４と半径方向穴１１６と
を有している。本体の円筒部１２０とピストン１０６と
の間は二重のパッキン１２２及び１２４によりシールさ
れている。ピストン１０６の下方に第２の圧力室１１５
が形成され、第２の通路を形成する連通穴１３３及びパ
イプ９７により圧力容器１４内の第２の圧力媒体である
液体１６の収容部７７に連通されている。

圧力平衡ピストン１０６の下面中心部には細長い中空棒
から成る微小差圧ピストン１２６が固設され、その中空
穴１２５は上記軸方向穴１１４に連通され第３の通路を
形成している。このピストン１２６は上記パッキンホル
ダ１１０に挿通され、ピストン１２６とホルダ１１０と
の間はパッキン１２９によりシールされている。本体１
０４の天井部１２８には大径及び小径の軸方向穴１３０
及び１３２が連続して形成され、大径穴１３０の開口部
には支持部１３４が形成されている。穴１３０及び１３
２内には第１の弁棒１３６が配置され、下端の弁部１３
８がピストン１０６の穴１１４に挿入可能となり、また
つば部１３５と軸方向穴１３０の天井部との間に配設さ
れたばね１４０により下方に付勢されている。

蓋体１０８には大径及び小径の軸方向穴１４４及び１４
６が形成され、大径穴１４４には半径方向穴１４８が連
通している。天井部１２８の小径穴１３２から蓋板１０
８の穴１４４及び１４６にかけて第２の弁棒１５０が配
置されている。この弁棒１５０は、下端が上記第１の弁
棒１３６と当接可能とされ、中間部に弁部１５２を有
し、上端のばね受け板１５４と小径穴１４６の端壁との
間にはばね１５６が配置されている。また、上記半径方
向穴１４８に酸素ボンベ１６０から酸素がパイプ１６２
により供給されるようになっている。

次に、本実施例の作用、効果について説明する。

ジルコニア隔膜５８は酸素イオンの良導体であり、ペー
パを測定すべき溶液１６中の水素イオンが酸素イオンと
反応し、ジルコニア隔膜５８に膜電位を生ずる。この膜
電位をコイル及び導線を介して電位差計２２により測定
し、照合電極２０の基準電位と比較し、ペーパ測定器２
４でペーハに換算して表示する。上記化学反応によりジ
ルコニア隔膜５８内の酸素が減少するので、ここに酸素
を補充することが必要となる。ここで、圧力容器１４内
の溶液１６の圧力をＰ₂とし、圧力平衡調整器１００の
第１の圧力室１１２内の圧力をＰ₂とし、酸素ボンベ１
６０内の酸素の圧力をＰ₃とすると、圧力Ｐ₁とＰ₂の間
に差異があっても、圧力平衡調整器１００の作用によ
り、両者は等しくされる。

即ち、仮に圧力容器１４内の溶液１６の圧力Ｐ₂がＰ₁よ
りも高くなると、パイプ９７を介して第２の圧力室１１
５の圧力（Ｐ₂）が、第１の圧力室１１２の圧力Ｐ₁より
も高くなるので、その差分によりピストン１０６は、第
４図に示すように、上方の第１の圧力室１１２側に移動
する。すると、ピストン１０６は、第１の弁棒１３６の
弁部１３８がピストン１０６の穴１１４の上端のシート
部１３９に着座してこの穴１１４を閉塞した状態で第１
の弁棒１３６を持ち上げ、更にこの第１の弁棒１３６の
上端が第２の弁棒１５０の下端に当接して第２の弁棒１
５０が上方に持ち上げられ、弁部１５２が軸方向穴１３
２の上端のシート部１５３から離れるので、酸素ボンベ
１６０からパイプ１６２を通して圧力Ｐ₃の酸素が圧力
平衡調整器１００の第１の圧力室１１２に第４図の矢印
に示すように供給される。この酸素の供給は、第１の圧
力室１１２内の酸素の圧力Ｐ₁が圧力容器１４内の溶液
１６の圧力Ｐ₂に等しくなるまで行われる。そして、圧
力Ｐ₁がＰ₂にほぼ等しくなると、ピストン１０６が下降
して元の位置（第３図）に戻り、弁部１５２がシート部
１５３に着座して酸素の供給を断つ。

これとは反対に、圧力容器１４内の圧力Ｐ₂がＰ₁よりも
低くなると、第５図に示すように、上下の圧力差により
ピストン１０６が下方に押し下げられ第１の弁棒１３６
の弁部１３８がピストン１０６の穴１１４の上端のシー
ト部１３９から離れる。すると、第１の圧力室１１２内
の酸素が、第５図の矢印に示すように、穴１１４及び中
空穴１２５を通して外界に放出され、第１の圧力室１１
２の圧力が減少する。そして、第１の圧力室１１２の圧
力Ｐ₁がＰ₂にほぼ等しくなれば、ピストン１０６が上昇
して元の位置（第３図）に戻り、弁部１３８がシート部
１３９に着座して、酸素の外界への放出を停止させる。
こうして、第１の圧力室１１２即ちジルコニア隔膜５８
内の圧力Ｐ₁は、第２の圧力室１１５の圧力即ち圧力容
器１４内の溶液１６の圧力Ｐ₂にほぼ等しくされ、かつ
その状態に維持される。

また、本実施例では、ジルコニア隔膜５８の内側の圧力
（Ｐ₁）がその外側即ち圧力容器１４内の圧力（Ｐ₂）よ
りも僅かに低くなるように構成されている。このように
すれば、ジルコニア電極は常にその外面に圧力を受け、
これに対抗して内部には圧縮応力を生じることになるか
らである。そのために差圧ピストン１２６が設けられて
いるのであり、ピストン１０６の第２の圧力室１１５側
の面積は、第１の圧力室１１２側の面積よりも差圧ピス
トン１２６の外径ｄの分だけ小さくなっている（第４
図、第５図）。従って、ピストン１０６が第１と第２の
圧力室１１２、１１５間で平衡するとき、第２の圧力室
１１５の圧力Ｐ₂は、第１の圧力室１１２の圧力Ｐ₁より
も、差圧ピストン１２６の外径ｄの面積に対応する力を
補う分だけ高くなり、第１の圧力室１１２の圧力Ｐ₁と
第２の圧力室１１５の圧力Ｐ₂との間にはその外径ｄの
面積分だけ微少な圧力差が生じる。この差圧ピストン１
２６の直径の大きさを適宜選択することにより、ピスト
ン１０６に作用する上下方向の力の大きさを調整するこ
とができる。

なお、圧力平衡調整器１００は上下両側の圧力室１１２
と１１５とに気体と液体のように性質の全く異なるもの
を封入しているが、パッキン１２２及び１２４が二重に
介装されているので、気体と液体とが混合する必要は殆
どない。仮に気体または液体が若干でも洩れたときは穴
１１６及び差圧ピストン１２６の中空穴１２５を通って
外部に排出されることとなる。

なお、本発明は上記実施例に限定して解釈されるべきで
はなく、その趣旨を損ねない範囲内において適宜変更、
改良が可能であることは言うまでもない。例えば、第１
及び第２の圧力媒体はともに気体であっても良いし、液
体であっても良い。また、圧力平衡調整器はペーハ測定
器用のもの限定されないことは勿論であり、気体等と液
体等とを圧力平衡させるために広く用いることができ
る。また、圧力平衡調整器の細部構造や、液体、気体の
種類は必要に応じて選択できる。

以上述べてきたように、本発明によれば、互いに圧力平
衡されるべき第１に圧力媒体と第２に圧力媒体とが所定
の微少な差圧又は実質的に等しく圧力平衡される。しか
も、そのことが従来例に比べて簡単な構造かつ低コスト
で達成できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図はその
要部（ジルコニア電極）を示す正面断面図、、第３図は
別の要部（圧力平衡調整器）を示す正面断面図である。
第４図は第２の圧力室の圧力が第１の圧力室よりも高い
場合の圧力平衡動作を示す第３図の拡大概略図、第５図
は第１の圧力室の圧力が第２の圧力室よりも高い場合の
圧力平衡動作を示す第３図の拡大概略図である。［主要部分の符号の説明］１０：圧力容器、２４：ペーハ測定器５８：ジルコニア電極９６：気体通路、９７：液体通路１００：圧力平衡調整器１０６：ピストン部材、１０８：容器本体１１２：第１の圧力室、１１４：気体排出通路１１５：第２の圧力室

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の圧力媒体を収容する第１の収容部と
第２の圧力媒体を収容する第２の収容部との間の圧力を
平衡させる圧力平衡調整器において、中空部を有する容器本体と、この中空部に設けられたピストン部材とを具備し、このピストン部材により前記中空部は第１の圧力室と第
２の圧力室とに区分され、第１の圧力室は第１の通路により第１の収容部と連通さ
れ、第２の圧力室は第２の通路により第２の収容部と連通さ
れ、前記ピストン部材は第１の圧力室と第２の圧力室との間
の圧力差に応じて移動し、このピストン部材の移動に協
働して前記圧力差が調整され、前記圧力差が微少となる
ように第１及び第２の圧力室の圧力が平衡することを特
徴とする圧力平衡調整器。
【請求項２】第１の圧力室の圧力が第２の圧力室よりも
高い場合、前記ピストン部材の第２の圧力室側への移動
に協働して第１の圧力室と外界とを連通する第３の通路
を通して第１の圧力室の圧力が減少し、第２の圧力室の圧力が第１の圧力室よりも高い場合、前
記ピストン部材の第１の圧力室側の移動に協働して第１
の圧力媒体の供給部から第１の圧力媒体が供給されて第
１の圧力室の圧力が増大し、第１の圧力室は第２の圧力室よりも圧力が前記微少な圧
力差だけ低く平衡するように構成された特許請求の範囲
第１項に記載の圧力平衡調整器。
【請求項３】前記微少な圧力差を与えるために第２の圧
力室内を通り前記容器本体を貫通する差圧ピストンが前
記ピストン部材に一体に設けられ、第３の通路は前記ピストン部材及び前記差圧ピストンを
貫通している特許請求の範囲第２項に記載の圧力平衡調
整器。
【請求項４】第１の圧力室の圧力が第２の圧力室よりも
低い場合、前記ピストン部材の第１の圧力室側への移動
に伴い第３の通路が弁部により閉じられ、前記ピストン
部材はこの弁部とともに第１の圧力室側に更に移動し、
この移動に協働して前記供給部から第１の圧力媒体が第
１の圧力室に供給されるように構成された特許請求の範
囲第２項または第３項に記載の圧力平衡調整器。
【請求項５】第１の圧力室の圧力が第２の圧力室よりも
高い場合、前記ピストン部材の第２の圧力室側への移動
のときに前記弁部は第３の通路を開放するように構成さ
れた特許請求の範囲第４項に記載の圧力平衡調整器。
【請求項６】前記ピストン部材に第１の圧力室と第２の
圧力室との間をシールするシール部材が装着されている
特許請求の範囲第１項〜第５項のいずれかに記載の圧力
平衡調整器。
【請求項７】前記シール部材が複数設けられ、これらの
複数のシール部材間の前記ピストン部材の表面と第３の
通路とを結ぶ別の通路が前記ピストン部材に設けられて
いる特許請求の範囲第６項に記載の圧力平行調整器。