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EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

酸素

真・MFC千夜一夜物語 第271話 マスフローでこのガスを使う時は注意しよう! その3

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」

20193月号(2/25発売)では、マスフローコントローラ(MFC)の流量制御バルブのアクチュエーターとしてソレノイドを搭載したMFCの使用上の留意点を解説しています。


酸素(O2

酸素は一般的なガスの一つですが、支燃性ガスとして非常に危険なガスである事があまり認識されていません。
水素やプロパンのような可燃性ガスには注意を払っても、酸素に関しては無関心なユーザーをたまに見かけます。
可燃性ガスは一部を除き単独では燃焼爆発の危険はありません。
しかし、支燃性ガスと一定の割合で混ざると燃焼爆発するのです。
「燃えるもの」「燃やすもの」「火気」という燃焼の三要素ですが、「燃やすもの」役割が支燃性ガスです。
つまり支燃性ガスである酸素こそが、厳重な管理を必要とするガスなのです。
漏れた酸素が引き金になり、爆発事故での大惨事を招く可能性を常に考慮しなくてはいけません。

また、爆発事故をおこさなくても、閉鎖空間内の人間に対して空気中の酸素濃度21%を上回る状態が長時間継続すると、肺や目に障害をもたらします。
「人間にとっては有用な酸素だから、リークしても大丈夫」等という認識はすぐに捨てて下さい。
人間に必要なのは21%酸素を含む混合ガスである「空気」なのであり、100%酸素は害にしかなりません。
この間違った酸素に対する認識は、ダイビングで水中にもぐる際には「酸素ボンベ」を背負っていけば水中で呼吸ができるという間違ったネーミングが原因の一端かもしれません。
あれは純酸素100%のボンベではありません。
一部酸素濃度がリッチなタイプもありますが、通常は大気と同じ成分の「乾燥空気ボンベ」なのです。


酸素はMFCやマスフローメータ(MFM)にとっては、測定、制御に大きな問題のあるガスではありません。
ですが、前述の通り支燃性ガスとして非常に厄介なガスであることから、酸素と可燃性ガスとはマスフローを含む配管ラインを共用してはいけません。
また、マスフロー(MFCとMFMの総称)の接ガス面に対する禁油処理は必須です。
もちろん油脂分を含んだ機器や工具で酸素ラインの施工を行うことは厳禁です。

因みに・・・・ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V. )のマスフローは、禁油処理に関して厳格な対応をしています。
オプションとして Degreasing Certificate(禁油処理証明付き)だけでなく、洗浄、禁油処理をしたマスフローを専用の梱包で酸素との接触を避けてお届けする事も可能です。

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【出典:ブロンコスト・ジャパン(株)】

酸素は、ほとんどの元素と化合物を作ることができます。
支燃性があるということは酸化力が強いということだからです。
半導体製造用CVD装置等で使用するシラン系のガスと酸素を反応させると、SiO2という酸化膜が生成されます。
この膜は大変有用で、半導体だけではなく多方面でバリア膜等に使用されています。
だがマスフローやその上流に位置する配管内部に残存した酸素とシラン系ガスが反応してしまうと、白い粉状の異物となってマスフローのセンサー管やバルブオリフィスを閉塞させてしまうので注意が必要です。
センサー管と層流素子に詰まりを発生させると、分流比が崩れてしまい、気が付かないうちにMFCの制御流量が狂ってしまうというプロセスにとって大変恐ろしい問題が発生してしまいます。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

 

真・MFC千夜一夜物語 第269話 マスフローでこのガスを使う時は注意しよう! その1

<訂正 ”マスフローでこのガスを使う時は注意しよう!” に改題しました。>

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」誌 20192月号(1/25発売)では、デジタルマスフローのフィールドバスと2018年にはついにフィールドバスとのシェアを逆転したと言われる産業用イーサーネットへの対応を解説しています。

 

前回までマスフローコントローラ(MFC)とマスフローメータ(MFM)のを描くこの千夜一夜物語のラスボスの一人、コンバージョンファクタ(CF絡みの、ややヘビーなお話をさせて頂きました。

今回からは少しライトに、マスフロー(MFCMFMの総称)で使用する一般的なガスに関しての注意事項として実務的な解説を行います。
マスフローは多種多彩なガスを測定&制御する機器ですので、CF以外にも校正ガスである窒素(空気)との違いが思わぬ運用上の問題を引き起こすことがあります。今回は一つ一つのガスに関して、特に安全面に重きを置いて、解説していきたいと思います。

 

空気(Air

空気は、皆さんにとって一番なじみ深い気体ですね?
その組成は、体積比で窒素(N2)78.084%、酸素 (O2) 20.9476%、アルゴン(Ar) 0.934%、二酸化炭素(CO2) 0.0390%・・・と続きますが、要は窒素8割弱+酸素2割強を主成分とする混合ガスです。
CF
は窒素を1とした場合、酸素も0.99辺りなので限りなく1に近いです。
その為、マスフローでの測定&制御性は良好です。
ただし、供給源としてボンベ(乾燥空気)ではなく、コンプレッサーやブロアーを使用する確率の方が圧倒的に高いので、それらからの水分や粉塵のような異物の混入には細心の注意が必要です。
何回か解説してきましたが、特に巻線型分流構造のマスフローにコンプレッサーエアーを導入する際には、ドライヤーとフィルターで異物を除去して下さい。
理由としては分流構造部の狭隈な流路に異物が入り込むことで詰まりが生じ、初期の分流比を変化させてしまい、結果として繰り返し性能を損なう可能性があるからです。
Deco
が経験してきた「使用しているうちにマスフローの流量が大きくずれてきた!」というクレームの大部分は、返却されたマスフローを分解してみると分流構造部に異物が侵入していた、というパターンが多いのです。

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対策としては前述のとおりなのですが、圧縮空気供給ラインにドライヤーと適切な粗さのフィルターを設置していただく事です。
それだけでなくマスフローの選定に関しては、分流構造のものより流路がシンプルなCTA(=インサーションセンサー)タイプ全量計測方式マスフローの採用をDecoは推奨しています。
異物を取り切れず、どうしても混入してしまうような環境というのはある。ならばマスフローもそれに適したものを選ぶべきですね?

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【出典:ブロンコスト・ジャパン(株) MASS-STREAMシリーズ】

もちろんセンサー部から配管内面までが異物で覆われてしまうようなひどい環境に対しては、インサーションタイプとて万能ではありません。
ただ、φ1㎜以下の細径のセンサー管や層流素子という部品が存在せず、分流部をそもそも持たないということが、この方式のアバンテージです。同様にチップ(MEMS)センサータイプでも対応は可能ですが、MEMSで構成されたヒーターと温度センサーは微細であり、そこに異物が付着してしまうと初期の熱プロファイルを維持できなくなってしまう問題があります。

また、MFCの場合は、センサー部だけでなく、その下流にある流量制御バルブのオリフィス部に異物が堆積することによる、制御不良(出流れやフルスケール流量が確保できない等)が考えられます。
これは流量レンジと圧力条件によりKv値(Cv値)が異なり、オリフィス径も異なるので一概には言えませんが、オリフィスが細くなる小流量では特に注意が必要です。

それと忘れられがちなリスクなのですが、空気は支燃性ガスである酸素を20%含むガスであることは覚えておきましょう。
「空気なんだし、たとえ外へ漏らしても大丈夫!」とう思い込みは、マスフローの周囲環境によってはかなり危険な自己を引き起こしかねないのです!
マスフローと周辺配管のリークチェックは、厳しく行ってくださいね。

 

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
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