JPH09292380A - 気体流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体流路に流入した気体の種類を識別し、所
定の気体とは異なる気体が検出された場合は気体流路を
遮断するような気体流量制御装置を提供する。 【解決手段】 可変抵抗１３及び固定抵抗１４を有する
気体流量制御装置において、可変抵抗１３の抵抗値を増
加させ、両抵抗１３及び１４の間の気体流路１０中の圧
力が一定量低下するのにかかる時間を測定し、得られた
時間に基づいて気体の種類を識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は気体流量制御装置に
関し、特に、ガスクロマトグラフ用のキャリアガスの流
量を制御するために用いられる気体流量制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ガスクロマトグラフ分析におい
ては、キャリアガスを装置に導入するに際し、その流量
を精密に制御する必要がある。このような精密な流量制
御を行なうために、精度の高い気体流量制御装置が用い
られる。

【０００３】従来より一般に用いられている気体流量制
御装置は、気体流入口及び気体流出口とを両端に有する
気体流路と、該気体流路の途上に配設された固定抵抗
と、該固定抵抗よりも上記気体流入口に近い側の上記気
体流路の途上に配設された可変抵抗と、該可変抵抗及び
上記固定抵抗の間における気体流路中の気体圧力を測定
する圧力センサと、該圧力センサからの出力信号を受け
て上記可変抵抗の抵抗値を適宜調節する圧力制御手段
と、を備える構成となっている。

【０００４】上記構成の装置をガスクロマトグラフ分析
に使用する場合、気体流入口はボンベ等のキャリアガス
供給源と接続され、上記気体流出口はガスクロマトグラ
フのキャリアガス導入口と接続される。キャリアガス供
給源からキャリアガスが供給されている間、圧力センサ
は気体流路中を流れるキャリアガスの圧力に応じた信号
を出力する。この出力信号はフィードバック信号として
圧力制御手段に常時入力され、圧力制御手段は圧力セン
サからの出力信号の大きさが常に所定値に維持されるよ
うに可変抵抗の抵抗値を適宜調節する。このようなフィ
ードバック制御により、固定抵抗よりも上流側の気体流
路中の気体圧力が一定に保たれ、固定抵抗を通過するキ
ャリアガスの流量が一定に保持される。この他、所定の
プログラムに従って固定抵抗よりも上流側の気体流路中
の気体圧力を変化させることにより所定の速度で流量を
変化させるという制御や、固定抵抗よりも下流における
抵抗値の変動を別途設けられた手段によりモニタし、該
変動に応じて上記可変抵抗の値を変化させることにより
流量を一定に保つという制御等も可能である。

【０００５】ガスクロマトグラフ分析に用いられるキャ
リアガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、
あるいは空気等がある。いずれの気体を選択するかは、
分析する試料や使用する検出器の形式によって決まって
くるが、経済性や安全性等も重要な因子である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、分析に
使用する気体を選択し、その気体の供給源と気体流量制
御装置とを接続して分析を行なう場合、もし、分析用に
選択された気体とは異なる気体の供給源が気体流入口に
接続され、その結果異なる気体が装置内に供給される
と、正しい分析結果が得られない。更に、例えば水素の
ような可燃性の気体の供給源が気体流入口に誤接続され
ると、該可燃性の気体が不正な流路に流入し、燃焼や爆
発等を起こす危険性がある。

【０００７】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、気体流
路を流れる気体の種類を識別する手段を備え、これによ
り、事前に選択された気体以外の気体の流入に対して迅
速且つ適切な処置を施すことが可能となるような気体流
量制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る気体流量制御装置は、 a)気体流入口及び気体流出口とを両端に有する気体流路
と、 b)上記気体流路の途上に配設された固定抵抗と、 c)該固定抵抗よりも上記気体流入口に近い側の上記気体
流路の途上に配設された流路抵抗変更手段と、 d)該流路抵抗変更手段と上記固定抵抗の間における気体
流路中の気体圧力を測定する圧力センサと、を有する気
体流量制御装置であって、 e)上記流路抵抗変更手段の抵抗値を所定の方法で変化さ
せ、該変化と圧力センサの出力信号の時間的変化との関
係に基づいて上記気体流路中の気体の種類を識別する気
体識別手段、を備えることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】気体流入口に気体供給源が接続さ
れ、気体の供給が始まると、気体流路内の圧力が上昇す
る。圧力センサからの出力信号の大きさを第一の所定値
に安定させた後、気体識別手段は、通常の圧力制御を停
止し、所定の方法で、流路抵抗変更手段の抵抗値を上げ
る。すると、流路抵抗変更手段と固定抵抗との間の気体
流路中の圧力は時間とともに減少する。このとき、気体
識別手段は、圧力センサからの出力信号の大きさが第一
の所定値から第二の所定値まで減少するのにかかる時間
を測定し、この時間を、事前に作成しておいた気体識別
データと比較し、気体流路中を流れる気体の種類を識別
する。こうして識別された気体が事前に選択された気体
と異なる場合、気体識別手段は異常報知信号を出力す
る。

【００１０】上記気体流量制御装置において流路抵抗変
更手段の抵抗値を上げる場合、該流路抵抗変更手段によ
り気体流路が完全に遮断されるまで抵抗値を上げてもよ
いが、完全に遮断する必要は必ずしもなく、例えば、流
路抵抗変更手段の抵抗値を所定量だけ速やかに上げ、そ
の直後の圧力変化を測定するようにしてもよい。また、
圧力が所定量だけ変化するのにかかる時間を測定するか
わりに、抵抗値を変化させた後の所定時間内における圧
力の変化量を測定するようにしてもよい。

【００１１】また、上記気体流量制御装置においては、
流路抵抗変更手段の抵抗値を上げた後の圧力センサの出
力信号の時間的変化に基づいて気体の識別を行なうよう
にしているが、逆に流路抵抗変更手段の抵抗値を下げ、
その直後に流路抵抗変更手段と固定抵抗との間の気体流
路中の圧力が上昇する度合いを測定することにより、気
体の識別をするようにしてもよい。

【００１２】なお、上記流路抵抗変更手段としては、可
変絞り弁等の可変抵抗を利用できる。また、圧力調節器
と電磁弁を組み合わせることにより流路抵抗変更手段を
構成してもよい。

【００１３】本発明に係る気体流量制御装置に既存のガ
ス安全供給装置を接続し、上記異常報知信号によりガス
安全供給装置が作動するようにすると、選択された気体
とは異なる気体の流入に対する迅速且つ適切な処置が可
能となる。上記ガス安全供給装置としては、例えば、上
記流路に別途配設された電磁弁と、上記異常報知信号を
受けると上記電磁弁を閉めるような制御装置からなる装
置等が挙げられる。また、上記気体流出口に接続された
機器が独自のガス安全供給機構を備えている場合は、そ
の安全機構を上記異常報知信号により起動するような構
成としてもよい。もちろん、気体識別手段自体が安全装
置を兼ねるような構成、すなわち、異常信号の出力と同
時に、気体識別手段が上記流路抵抗変更手段により気体
流路を完全に閉じる、という構成にすることも可能であ
る。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、分析に先立って、気体
流路を流れる気体の種類が識別され、選択された気体以
外の気体が流入してきたときには気体識別手段が異常報
知信号を出力するため、例えば、この異常報知信号によ
り作動する各種安全装置を別途設けることにより、迅速
且つ適切な処置が可能となる。

【００１５】なお、本発明に係る気体流量制御装置は、
ガスクロマトグラフ用の気体流量制御装置としてのみな
らず、気体の流量制御を必要とする一般的な機器に応用
可能であることはもちろんである。

【００１６】

【実施例】本発明に係る気体流量制御装置の一実施例に
ついて図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本
実施例の気体流量制御装置の概略を示す図、図２は圧力
制御流路１０ａ中の気体の種類を識別する第一の方法を
説明するための図である。

【００１７】まず、本実施例の気体流量制御装置の構成
について図１を参照しながら説明する。図１において、
気体流路１０の途上には、可変絞り弁等からなる可変抵
抗１３が気体流入口１１に近い側に、固定絞り弁等から
なる固定抵抗１４が気体流出口１２に近い側に、それぞ
れ配設されている。可変抵抗１３及び固定抵抗１４の間
の気体流路１０（以下、「圧力制御流路１０ａ」とす
る）には圧力計１６が取り付けられている。圧力計１６
及び可変抵抗１３は圧力制御部１８に接続されている。
圧力制御部１８は、圧力計１６からの出力信号を受け、
該出力信号の大きさが一定になるように可変抵抗１３の
抵抗値を制御する。一方、上記圧力計１６からの出力信
号は、圧力制御部１８に接続された気体識別部２０にも
送られる。この気体識別部２０はタイマ及びメモリを備
えている。更に、気体識別部２０には操作部２２が接続
されている。

【００１８】上記構成を有する気体流量制御装置により
気体の種類を識別する第一の方法について図１及び図２
を参照しながら説明する。図２は本方法により気体を識
別する工程における圧力の変化を示すグラフである。

【００１９】まず操作者が、操作部２２を操作して、分
析に用いられる気体の種類を選択して気体識別部２０の
メモリに記憶させた後、気体供給源となるボンベ２４を
気体流路１０の気体流入口１１に接続し、ボンベ２４の
バルブ２６を開く。ボンベ２４から気体流路１０内へ気
体が流入してきたら、圧力制御部１８は、通常のフィー
ドバック制御により、圧力計１６からの出力信号の大き
さが第一の所定値Ｐ1に安定するように可変抵抗１３の
抵抗値を制御する。該出力信号の大きさがＰ1に安定し
たら、気体識別部２０は圧力制御部１８に指示を出し
て、上記フィードバック制御を停止させると同時に、可
変抵抗１３により気体流路１０を速やかに遮断する。す
ると、可変抵抗１３からの気体の流入が途絶える一方、
圧力制御流路１０ａ中の気体は固定抵抗１４を通って分
析装置側へ流出するため、圧力計１６の出力信号が徐々
に小さくなる。この間、気体識別部２０は、圧力計１６
の出力信号の大きさがＰ1から第二の所定値Ｐ2まで減少
するのにかかる時間ｔ1をタイマで測定し、得られた値
ｔ1をメモリに予め記憶されている気体識別データと比
較することにより、気体の種類を識別する。もし、識別
された気体が先に選択された気体と異なっていたら、気
体識別部２０は圧力制御部１８に異常報知信号を送る。
異常報知信号を受けた圧力制御部１８は、気体の更なる
流入を防ぐために、可変抵抗１３により気体流路１０が
遮断された状態を保持する。

【００２０】上記気体識別データは、種類が既知の気体
（例えば水素）を圧力制御流路１０ａ中に供給し、上記
方法に従って測定した時間ｔ1のデータである。この時
間ｔ1を分析に先だって測定しておき、気体の種類を示
すデータとともに、気体識別部２０のメモリに記憶させ
ておく。このｔ1の値は、装置の構成（固定抵抗１４の
抵抗値等）、気体の種類（粘性）、設定されたＰ1及び
Ｐ2の値等により異なってくる。例えば、圧力制御流路
１０ａの内径が１［ｍｍ］、長さが４００［ｍｍ］であ
り、圧力計１６としてブルドン管式圧力計が用いられ、
更に固定抵抗１４の抵抗値が、Ｐ1＝１００［ｋＰａ］
のときの流量が約５０［ｍｌ／ｍｉｎ］となるような値
である場合、Ｐ2＝５０［ｋＰａ］となるまでの時間ｔ1
の値は、水素については約４秒、空気については約７秒
程度である。

【００２１】上記の気体識別方法では、気体流路１０が
遮断されるように可変抵抗１３の抵抗値を上げるように
したが、気体を識別するためには気体流路１０を完全に
遮断する必要は必ずしもなく、例えば、可変抵抗１３の
抵抗値を所定量だけ速やかに上げ、その直後の圧力制御
流路１０ａ中の圧力変化を測定するようにしてもよい。
この場合、上記圧力制御部１８は、気体識別部２０から
の異常報知信号を受けたら速やかに可変抵抗１３の抵抗
値を更に大きくし、気体流路１０を完全に遮断するよう
にする。

【００２２】気体の種類を識別する第二の方法について
図３を参照しながら説明する。圧力計１６の出力信号の
大きさが第一の所定値Ｐ1に安定するまでの動作は先の
例と同様である。圧力計１６の出力信号の大きさがＰ1
に安定した後、気体識別部２０は圧力制御部１８に指示
を出し、可変抵抗１３の抵抗値を、例えば、固定抵抗１
４の抵抗値に比べて無視できる程度に小さな値になるま
で下げる。すると、可変抵抗１３を通って圧力制御流路
１０ａへ流入する気体の流量が、固定抵抗１４を通って
流出する気体の流量を上回るようになり、圧力計１６の
出力信号が徐々に大きくなる。気体識別部２０は、圧力
計１６の出力信号の大きさがＰ1から第三の所定値Ｐ3ま
で増加するのにかかる時間ｔ2をタイマで測定し、得ら
れたｔ2の値を気体識別データと比較することにより、
気体の識別を行なう。もし、識別された気体が先に選択
された気体と異なっていたら、気体識別部２０は圧力制
御部１８に異常報知信号を送る。異常報知信号を受けた
圧力制御部１８は、気体の更なる流入を防ぐために、可
変抵抗１３の抵抗値を上げて気体流路１０を遮断する。
なお、気体を識別する原理及び気体識別データの作成方
法は、先の例と同様である。

【００２３】上記２つの例では、Ｐ2又はＰ3を所定値と
し、ｔ1又はｔ2を測定により求めるようにしたが、逆
に、ｔ1又はｔ2を所定値とし、Ｐ2又はＰ3を測定により
求め、時間ｔ1の間の圧力変化（Ｐ2−Ｐ1）又は時間ｔ2
の間の圧力変化（Ｐ3−Ｐ1）に基づいて気体の識別を行
なうようにしてもよい。

【００２４】上記気体流量制御装置において、更に、気
体識別部２０に、識別結果を表示する表示手段を設ける
ようにすると、圧力制御流路１０ａに流入した気体の種
類を操作者が即座に確認することができ、選択した気体
とは異なる気体が流入してきた場合においても迅速かつ
適切な対応ができるようになる。また、先に述べたよう
に、気体流量制御装置とは別のガス供給安全装置などと
組み合わせて使用することにより、安全性を更に高める
こともできる。

【００２５】本発明に係る気体流量制御装置の別の実施
例を図４に示す。本実施例においては、図１の可変抵抗
１３の代わりに圧力調節器３０及び電磁弁３２が固定抵
抗１４より上流の気体流路１０上に配設されている。圧
力調節器３０の抵抗値及び電磁弁３２の開閉は圧力制御
部１８により制御される。

【００２６】本実施例の気体流量装置において、先の実
施例の第一の方法により気体の種類の識別を行なう場
合、まず圧力制御部１８が電磁弁３２を開き、圧力調節
器３０を用いたフィードバック制御により圧力制御流路
１０ａ内の圧力をＰ1に安定させる。圧力がＰ1に安定し
た時点で気体識別部２０が圧力制御部１８に指示を出す
と、圧力制御部１８は電磁弁３２を閉じる。その後の圧
力の時間的変化に基づいて気体識別部２０は先の実施例
と同様に気体の識別を行なう。もし、識別された気体が
選択された気体と異なっていたら、気体識別部２０は圧
力制御部１８に異常報知信号を送り、これを受けた圧力
制御部１８は電磁弁３２を閉じた状態で保持する。電磁
弁３２を用いることにより、圧力調節器３０の抵抗値を
変更する方法よりもより短時間で気体流路１０を遮断す
ることができる。また、気体を識別する行程においても
圧力調節器３０の抵抗値を変化させる必要がないため、
識別された気体が選択された気体と同一である場合、そ
の後の分析行程に速やかに移行することができる。

【００２７】本実施例の気体流量装置において、先の実
施例の第二の方法により気体の種類の識別を行なう場
合、まず圧力制御部１８が電磁弁３２を開き、圧力調節
器３０を用いたフィードバック制御により圧力制御流路
１０ａ内の圧力をＰ1に安定させる。圧力がＰ1に安定し
た時点で気体識別部２０が圧力制御部１８に指示を出す
と、圧力制御部１８は圧力調節器３０の抵抗値を、固定
抵抗１４の抵抗値に比べて無視できる程度に小さな値に
なるまで下げる。その後の圧力の時間的変化に基づいて
気体識別部２０は先の実施例と同様に気体の識別を行な
う。もし、識別された気体が選択された気体と異なって
いたら、気体識別部２０は圧力制御部１８に異常報知信
号を送り、これを受けた圧力制御部１８は電磁弁３２を
閉じる。気体流路１０の遮断を電磁弁３２により行なう
ため、異常事態に対してより迅速に対応することができ
る。

【００２８】フィードバック制御のための圧力制御機構
を備えないような気体流量制御装置にも本発明は応用可
能である。図５にこのような気体流量制御装置の一実施
例を示す。図において、圧力調節器３０の抵抗値は手動
により調節されるようになっている。一方、電磁弁３２
は電磁弁スイッチ３４を操作することにより開閉され
る。電磁弁スイッチ３４からの開閉信号は気体識別部２
０にも入力される。

【００２９】本実施例の気体流量制御装置において、例
えば第一の方法により気体の識別を行なう場合、まず、
電磁弁スイッチ３４を操作して電磁弁３２を開いた後、
手動で圧力調節器３０を操作して圧力計１６の出力値が
Ｐ1になるようにする。ここで、圧力計１６の出力値が
Ｐ1となるような圧力調節器３０の抵抗値を事前に調べ
ておくことが望ましい。圧力計１６の出力値がＰ1に安
定したら、電磁弁スイッチ３４を操作して電磁弁３２を
閉じる。このときの電磁弁スイッチ３４からの信号が入
力された時点以降の圧力の時間的変化に基づいて、気体
識別部２０は気体の識別を行なう。もし、識別された気
体が選択された気体と異なっていたら、気体識別部２０
は異常報知部３６に異常報知信号を出力する。この異常
報知信号を受けて、異常報知部３６は使用者に異常を報
知する。もちろん、電磁弁３２を気体識別部２０によっ
ても開閉可能とし、気体識別部２０が上記異常報知信号
の出力と同時に電磁弁３２を閉じるようにしてもよい。
なお、上記異常報知部３６としては、聴覚的な信号を発
するもの（例えばブザー）や視覚的に信号を発するもの
（例えば発光ダイオード）の他、ＣＲＴ等を利用するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る気体流量制御装置の一実施例を
示す図。

【図２】 第一の方法により気体を識別する工程におけ
る圧力の変化を示すグラフ。

【図３】 第二の方法により気体を識別する工程におけ
る圧力の変化を示すグラフ。

【図４】 本発明に係る気体流量制御装置の別の実施例
を示す図。

【図５】 本発明に係る気体流量制御装置の更に別の実
施例を示す図。

【符号の説明】

１０…気体流路 １０ａ…圧力制御流路 １３…可変抵抗 １４…固定抵抗 １６…圧力計 １８…圧力制御部 ２０…気体識別部 ２２…操作部 ２４…ボンベ ２６…バルブ ３０…圧力調節器 ３２…電磁弁 ３４…電磁弁スイッチ ３６…異常報知部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 a)気体流入口及び気体流出口とを両端に
   有する気体流路と、 b)上記気体流路の途上に配設された固定抵抗と、 c)該固定抵抗よりも上記気体流入口に近い側の上記気体
   流路の途上に配設された流路抵抗変更手段と、 d)該流路抵抗変更手段と上記固定抵抗の間における気体
   流路中の気体圧力を測定する圧力センサと、を有する気
   体流量制御装置であって、 e)上記流路抵抗変更手段の抵抗値を所定の方法で変化さ
   せ、該変化と圧力センサの出力信号の時間的変化との関
   係に基づいて上記気体流路中の気体の種類を識別する気
   体識別手段、を備えることを特徴とする気体流量制御装
   置。