技術紹介

流量制御とは？

ガスを混合して使用する場合、混合する比率が常に安定している事が重要となります。
精度の良い混合ガスを製造する為には、各ガスを精度良く流し、それらを完全に混ぜる必要があります。その為には、混ぜる各々のガスを正確に安定した状態に制御して流す事が重要です。

流量制御の２大要素は、圧力と絞りです。

例えば、２種類のガスを混合する場合、絞りの手前の圧力を一定になる様に制御しておけば、各ガスの絞りの面積を変える事で混合比率を変える事ができます。逆に、各ガスの絞りの面積を一定にしておけば、各ガスの絞りの手前の圧力を変える事で混合比率を変える事ができます。

更に、絞りの手前の圧力を、２種類共、同圧になる様に制御して絞りを一定にすれば、混合比率は圧力制御が崩れない限り一定となります。圧力を一定にする方法については、『圧力制御とは？』を ご参照下さい。

流量を決定する絞りについては、音速ノズル、キャピラリ－チュ－ブ、ニ－ドルバルブ等がありますが、当社では、ガス種、差圧、濃度、使用方法等の目的に合ったものを選択して、混合機を製作しております。例えば、常に混合比率を一定で使用する混合機の場合は、音速ノズル同士の組合せで、常に一定の混合比率で混合ガスを製造する様にします。又、混合比率を変える可能性のある混合機の場合は、一方をニ－ドルバルブとする事で、絞りを変化出来る様にします。

この様に、圧力と絞りを制御する事で、流量制御を行います。

混合機 内部の各機器

圧力制御とは？

ガスは、圧力の高い所から低い所へ流れようとする力があります。その流れの中に絞りを入れる事により、流れる量を変える事ができます。又、絞りの前後の圧力差を変える事でも、流れる量を変える事ができます。

図において、P1、P2は絞り前の絶対圧力をD1、D2は絞りの面積、P3は絞り後の絶対圧力とします。すると、（P1／P3）＞２かつ（P2／P3）＞２という条件が常に成り立つ場合、AガスとBガスの比率を決定する要素としてP1、P2、D1、D2があります。

仮にP1、P2がそれぞれ常に一定であるなら、D1、D2各々を変化させる事によって流量の割合を変える事ができます。又、逆にD1、D2がそれぞれ一定であるなら、P1、P2を各々を変化させる事によって流量の割合を変える事が出来ます。

ここでP1、P2を常に一定に制御し、かつP1＝P2としておき、D1、D2を各々のガスの比率の大きさに対応する径にすれば、常に一定の割合の混合ガスを製造する事が出来ます。

P1、P2を同圧にするならば、等圧弁を用います。等圧弁とは、減圧弁の圧力設定用のスプリングの代わりに圧力導入口から一方のノズルの圧力をもらい、もう一方のノズル圧力も ほぼ同じ圧力に制御する構造を持った当社のオリジナル機器です。以下、当社の基本的な混合機のフローシートを御参照下さい。

音速ノズルについては、『音速ノズルとは？』を御参照ください。

RVは　等圧弁をコントロ－ルする、ドライブ圧力用 減圧弁です。AガスはRVにてP1に減圧されてノズルに流入します。P1の圧力は同時に等圧弁に伝わります。Bガスの圧力は等圧弁によってP1とほぼ同じ圧力に減圧調整され、ノズルに流入します。

音速ノズルとは？

ある絞りを通過するガスの絞り前後の圧力比が臨界圧力以下（空気の場合は、約０．５３）になると、絞り内を流れるガスの流速（速度）は音速になります。この時の絞りを“音速ノズル”と呼びます。この状態を維持する限りにおいては、ガスの流量はノズル上流の圧力により決定されます。

更に、当社ではノズルの形状を工夫する事により、臨界圧力比をさらにあげています。これにより、ノズル下流域（ガス混合機においてはミキサ－及びバッファータンク）の圧力範囲を幅広く使用出来ます。