JP2002540519A - 濾過システム用流体流制御方法および装置 - Google Patents

濾過システム用流体流制御方法および装置

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JP2002540519A JP2000608234A JP2000608234A JP2002540519A JP 2002540519 A JP2002540519 A JP 2002540519A JP 2000608234 A JP2000608234 A JP 2000608234A JP 2000608234 A JP2000608234 A JP 2000608234A JP 2002540519 A JP2002540519 A JP 2002540519A
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flow rate
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フルス、ポール、フリッツ
ジャウバート、アンドレ、ケイス
カップ、ディーダリク、アーノルディス
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テクノロジィ ファイナンス コーポレイション（プロプライエタリー） リミテッド
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Abstract

(57)【要約】 ライン（２１）に沿って流体流量を制御する方法およびコントローラ（１０）を提供する。流体がラインに沿って制御可能に変化できる開口を有する制御弁（２０）に送られる。圧力がラインの弁上流で圧力感知手段（１４）により感知される。流体の瞬間流量が、感知された圧力、弁の開口設定、流体の流れ特性および弁下流の流体圧の情報に基づき決定される。開口設定が変化して流量を所要の流量に一致させる。これは感知された流体圧と開口設定に応答する制御手段（１６）により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、流体流量の制御に関する。特に本発明は、例えば濾過システムにお
ける、流体流量を制御する方法、コントローラおよび弁組立体に関する。
【０００２】 濾過システムは所与のシステム入力で一定範囲の回復率を満たすよう制御され
る。回復率は、フィルタへの全送り量に対する、フィルタで濾過され濾液として
知られている送り量の割合として定義される。フィルタで濾過されない送り量は
濃縮水として知られている。回復率は通常パーセンテージで表され、例えば８０
％の回復とは、濾過後に濾液８０％と濃縮水２０％があることを意味する。した
がって、回復率が８０％になるのは、システムに流入する送り量のうち、濃縮水
２０％、濾液流量８０％のときである。使用中、フィルタが詰まると、フィルタ
からの濃縮水の流出量を制御して回復率を制御する必要がある。出願人の知って
いる先行技術の濾過システムは、回復率を制御するため高価な流量計を使用して
いる。本発明は、流量計を不要にするという、この問題の解決方法を提供するこ
とを目的としている。
【０００３】 本発明によれば、流れラインに沿った流体流量制御方法は、 制御可能に変化できる開口を有する制御弁に流体を流体流れラインに沿って送
ること、 制御弁上流の流体圧を感知すること、 流体流れラインに沿った流体の瞬間流量を、感知した圧力、弁の開口設定、流
体の流れ特性および弁下流の流体圧の情報に基づき決定すること、および 制御弁の開口設定を制御可能に変化させて、流体流れラインに沿った流体の流
量を所要の流量に一致させることを含む。
【０００４】 以下に述べる本発明の種々の実施形態では、種々の組み合わせの特徴が記載さ
れ、または、本発明の部分を同時に形成するものとして定義されている。しかし
、これらの組み合わせの特徴を必ずしも同時に用いる必要はないことは明らかで
あり、本発明では１つまたは複数の斯かる特徴を削除または変更して、１つまた
は複数の残りの特徴を保持することができることが企図される。特に、上記の通
り定義した特徴があれば、本発明を拡大したり範囲を広げたりしない限り、どの
特徴を削除してよい。
【０００５】 本方法は、シ体送りが供給されるフィルタと、フィルタを通過する濾液と、フ
ィルタをバイパスして生じる濃縮水とを有した流体を濾過する濾過システムの回
復率を制御するよう作用し、該方法が既知の送り量で流体送りをフィルタに供給
することを含み、濃縮水がフィルタから流体流れラインに沿って制御弁に送られ
、流体圧がフィルタと弁との中間位置で感知され、開口の制御可能な変化が、流
体流れラインに沿った流量を所要回復率を示す所要濃縮水流量に一致させるよう
に作用する。
【０００６】 通常、制御弁下流の流体圧は大気圧であるので、ゲージ圧すなわち制御弁上流
の大気圧より高い圧力を感知するだけで充分である。しかし、弁出口の流体圧が
大気圧から著しく変化する場合には、制御弁上流と下流の両方の圧力を感知し、
弁の両端間の圧力降下を確立して、弁上流の流体圧だけでなく、この圧力降下の
情報に基づいて瞬間流量を決定する。
【０００７】 流体が送られるフィルタと弁との中間位置で圧力が感知される場合、圧力は弁
上流で感知される。
【０００８】 流体の密度および／または粘度が温度により著しく影響を受ける場合、本方法
は、流体の圧力と温度の両方に従って、流量温度を感知し、かつ制御弁の開口を
制御可能に変化させるステップをさらに含んでいてよい。したがって、本方法は
流体温度を感知することを含んでいてよく、感知した温度と流体の流れ特性への
効果との情報に基づき瞬間流量が決定される。
【０００９】 瞬間流量は、実験データから導き出され、かつ制御弁開口設定から導き出され
た、流体流量を流体の圧力と密度との関数として表す所定のアルゴリズムにより
推定できる。または瞬間流量は特別の弁開口設定の参照表から推定できる。すな
わち、瞬間流量の決定を、実験データから導き出され、弁前後の圧力降下、流体
温度および弁の開口設定の関数として瞬間流量を表すアルゴリズムを用いて計算
することにより行うことができる。あるいは瞬間流量の決定を、実験データから
導き出され、弁前後の圧力降下、流体温度および弁の開口設定の関数として瞬間
流量を表す参照表を用いて計算することにより行うことができる。
【００１０】 本方法は所要の流量が得られるまで繰り返し行うことができる。特に、流れラ
インに沿った流体の流量が所要の流量に一致するまで、開口の制御可能な変化は
繰り返し実行されて良い。
【００１１】 さらに本発明によれば、 制御可能に変化できる開口設定を有する制御弁と、 流れラインの流体圧を感知するよう流体流れラインの制御弁上流に配置された
圧力感知手段と、 圧力感知手段により感知された流体圧と制御弁の開口設定とに同時に応答する
制御手段とを含み、 制御手段は弁を通る流体の瞬間流量を流体の流れ特性の情報に基づき決定する
よう動作でき、制御手段は弁の開口設定を制御して、流量を弁を通る所要の流体
流量に一致させるよう動作できる、流体流れラインに沿った流体流量制御コント
ローラが提供される。
【００１２】 すなわち、コントローラは、 制御可能に変化できる開口を有する制御弁と、 流れラインの制御弁上流に配置された圧力感知手段と、 圧力感知手段と弁の開口設定とに同時に応答し、弁を通る流体の瞬間流量を流
体の既知の特性から決定するよう動作でき、かつ弁の開口設定を変化させるよう
動作でき、それにより弁を通る流体流量を制御する制御手段を含むことができる
。
【００１３】 コントローラは既知の流体の流体温度を感知するよう動作でき、それにより流
体の密度および／または粘度を決定する温度感知手段をさらに含んでいてよい。
したがってコントローラは流れラインの流体温度を感知する温度感知手段を含ん
でいてよく、制御手段が温度感知手段に感知された流体温度にも応答する。
【００１４】 制御手段はアナログ制御手段であってよい。または制御手段はデジタル制御手
段であってよい。一般に制御手段はＰＩＤ制御手段である。制御手段は、携帯型
プログラマ、パーソナルコンピュータ、メインフレームコンピュータ、データロ
ガー等の周辺機器に対して入力データおよび出力データを授受するよう操作でき
るデータインタフェースを含んでいてよい。データインタフェースはＲＳ２３２
インタフェース等の形状でよい。特に制御手段は、応答すべき入力データを受け
て制御弁にデータを出力するよう動作できるデータインタフェースを含むＰＩＤ
制御手段であってよい。制御手段は複数の制御弁を制御するよう動作でき、した
がって対応する数の流体流れラインに沿って流体流量を制御する。特にコントロ
ーラは複数の制御弁を含んでいてよく、各制御弁は個々に関連した圧力感知手段
を有し、制御手段はすべての弁の開口設定を同時に制御するよう動作できる。
【００１５】 制御手段は、アナログ入力、ひずみ計入力、デジタル入力等を受けるよう構成
できる流量／圧力制御手段であることが好ましい。一般に、制御手段は周辺電子
装置に対してアナログ出力およびデジタル出力を行う。前記各制御弁はニードル
弁であってよく、その場合、制御手段はニードルに対して自動データ設定を行う
。ニードル弁の制御に加えて、制御手段は他の濾過システムパラメータを制御す
るようにしてよい。
【００１６】 各制御弁が制御手段からの制御信号に応答するステッパモータに接続され、弁
が弁の開口を設定する開口設定手段に接続され、設定手段がステッパモータの出
力軸に機械的に連結されてモータにより開口を設定するようにしてよく、またス
テッパモータが弁に取り付けられ、コントローラがステッパモータを駆動するよ
うステッパモータに取り付けられたステッパ駆動ユニットを含み、駆動ユニット
が制御手段に接続されたシリアルインタフェースを有するようにしてよい。
【００１７】 本発明はコントローラの一部として使用した弁組立体にも拡張され、弁組立体
が、 入口、出口および制御可能に変化できる弁開口を備えたハウジングを有する制
御弁と、 弁に接続され、制御手段からの制御信号に応答するステッパモータと、 弁開口を設定する開口設定手段とを含み、 設定手段がステッパモータの出力軸に機械的に連結されてモータにより選択的
に開口の設定を行う。
【００１８】 このように、開口設定手段は、前記制御信号に応答して入口から出口へと開口
を通して流れる流体を調整することができる。
【００１９】 弁組立体は、温度および／または圧力を、開口から遠い開口上流または下流で
感知する手段を含んでいてよい。
【００２０】 上記のように、ステッパモータを弁および弁組立体に取り付けることができ、
コントローラがステッパモータを駆動するステッパ駆動ユニットを含んでいてよ
く、ステッパ駆動ユニットをモジュラー式にステッパモータに取り付けてよい。
一般にステッパ駆動ユニットはＲＳ２３２シリアルインタフェースまたはＲＳ４
２２シリアルインタフェース等を有しており、制御手段に接続されている。制御
手段もモジュラー式であってよく、それにより種々のモジュールを選択して取り
付けてコントローラを形成することができる。
【００２１】 制御弁は、ハウジング内に画定され、入口から遠い流路の端に配置された室内
へと延びる流体流路を有していてよく、その開口設定手段は、室内に回転可能に
取り付けられ、軸方向に延びて出口に連通する流路または孔を画定するスピンド
ルであり、スピンドルは半径方向に延びて軸方向に延びる孔に連通する少なくと
も１つの流路または孔を有し、半径方向に延びる孔が流路の遠端部と協働する口
を有して流路の遠端部で弁開口を画定し、弁開口がスピンドルの回転により制御
可能に変化できて口と流路の遠端部とを一致させるよう変化させる。
【００２２】 ハウジングは内部に横孔を有し、ハウジング内に画定され入口から室内へと延
びる流体流路に入るようにし、横孔が温度および圧力センサを受けるようになっ
ていてよい。
【００２３】 しかし、あるいは組立体の制御弁はニードル弁でよい。ニードル弁の開口設定
手段はハウジング内に配置され、ニードルが開口を限定する環状座で受けられる
テーパニードルとなっており、ニードルがネジ駆動により入力軸に連結され、そ
れにより軸回転が座の開口を通してテーパ方向へのニードルの移動に変えられて
、開口を通して流体流を調整する。
【００２４】 本発明はここに述べたように新規性のある制御弁がスピンドルまたはニードル
であることにも言及している。
【００２５】 本発明の実施形態の一例を添付の図を参照しつつ記述する。
【００２６】 図１において、符号１０はコントローラ全体を示している。コントローラ１０
は、温度感知手段１２、圧力感知手段１４、温度感知手段１２および圧力感知手
段１４に応答する制御手段１６、弁アクチュエータ１８、および弁アクチュエー
タ１８に応答する符号２０で全体を示した可変弁を有している。
【００２７】 温度感知手段１２は、流れライン２１に沿って入口２１．１から出口２１．２
へと流れる既知の流体、例えば濾過システムから排出された濃縮水の温度を感知
する。感知された温度の信号表現がライン２４を介して制御手段１６に送られる
。感知された温度は制御手段１６によって処理されて、感知された温度での既知
の流体の流体密度を推定する。流体密度が操作中の温度範囲にわたってほぼ変化
しない場合には、それは一定であると考えられるため温度感知手段１２が不要に
なる。
【００２８】 圧力感知手段１４は流体圧を感知し、圧力の信号表現がライン２６を介して制
御手段１６に送られる。
【００２９】 制御手段１６はコネクタ２２を介して入力を得るマイクロプロセッサベースの
コントローラである。本発明の別の実施形態では、制御手段１６はアナログコン
トローラである。一般に、制御手段１６はＰＩＤコントローラである。制御手段
１６は、温度および圧力データに関連した既知流体特性と、既知の弁開口位置ま
たは弁開口寸法を用いて流れラインに沿った流量を推定する。したがって、以下
に、より詳細に述べる通り、流体流量が流量センサを使用せずに決定される。
【００３０】 弁アクチュエータ１８は弁３０とコネクタ２８を介して制御手段１６に接続さ
れ、ライン３１を介して弁３０に機械的に接続される。制御手段１６は、所望の
流量を確保するのに必要な、弁開口の推定寸法に合わせた制御信号を弁アクチュ
エータ１８に送る。弁アクチュエータ１８は制御手段１６から受けた信号に応答
して弁２０を機械的に開閉する。弁アクチュエータ１８はステッパモータであり
、したがって弁開口の位置が常にわかるようになっている。
【００３１】 特に、流れラインに沿って流れる既知の流体の実験データから導き出され、コ
ントローラ１０にプログラミングされたアルゴリズムは、流れライン２１に沿っ
た流量を圧力、温度およびアクチュエータ設定の関数として推定する。本発明の
別の実施形態では流量の推定は参照表により行われる。
【００３２】 制御手段１６は流れライン２１に沿った既知の流体の圧力と温度を感知し、既
知の流体特性と現在の弁開口とを用いて、コントローラ１０に予めプログラミン
グされたアルゴリズムによって流れライン２１に沿った流量を推定する。次に推
定流量は制御手段１６に予めプログラミングされた所要の流量と比較される。所
要の流量と推定流量との差に比例した信号がライン３０を介して弁アクチュエー
タ１８に送られ、それにより、所要の流量が推定流量をそれぞれ上回っているか
下回っているかに応じて流量が増減する。この工程を制御手段１６により繰り返
して、流れライン２１に沿った流量が所要の流量と確実に一致するようにする。
したがって制御手段１６は、特別に予め選択された流量または所要の流量を達成
するために弁２０の開口の寸法を予測する。
【００３３】 図３は、アクチュエータ位置（横軸で示す）と流れライン２１に沿った流量（
縦軸で示す）との関係を種々の流体圧について示したグラフである。プロットは
、既知の流体が流れライン２１に沿って流れ、流量特性が測定される際の実験デ
ータから決定されたものである。その後アルゴリズムが実験データに合わせて決
定される。弁は特定の流体に対する圧力曲線７０の直線部に沿って動作するよう
選択される。
【００３４】 アルゴリズムは以下の形をとる。 Ｒ∝Ｐ／（Ｑ2ｘρ） ここで、Ｒ＝アクチュエータ設定 Ｐ＝圧力 Ｑ＝流量 ρ＝流体密度
【００３５】 弁アクチュエータ１８は従来のステッパモータとすると都合がよい。ステッパ
モータに送られるコマンドは記録され、ステッパモータの位置が常にわかるよう
になり、その結果、弁開口２０の寸法も常にわかるようになる。したがって弁ア
クチュエータ１８は制御信号に応答して弁２０の開口寸法を制御可能に決定する
。
【００３６】 制御手段１６は、携帯型プログラマ、パーソナルコンピュータ、メインフレー
ムコンピュータ、データロガー等の周辺機器（図示せず）に接続することができ
る。周辺機器はコネクタ３２により制御手段１６に接続される。したがってコネ
クタ３２はアナログ出力ライン、デジタル出力ライン、アナログ入力ライン、デ
ジタル入力ラインおよびＲＳ２３２ラインを有していてよい。
【００３７】 図２において弁２０をより詳細に示す。弁２０は入口４４と出口４６とを有す
るハウジング４２を有している。流路４８は入口４４から延びて室５２内の遠端
部５０で終わる。室５２の横断面は円形で、内部にはスピンドル５４が回転可能
に取り付けられている。スピンドル５４は、軸方向に延びて出口４６に連通する
流路すなわち孔５６と、孔５６と流路４８とを相互に接続する横に半径方向に延
びる流路すなわち孔５８を有している。横に半径方向に延びる流路すなわち孔５
８は流路４８の端部５０と協働する口を有しているため、軸６０に駆動可能に接
続したステッパモータ（図示せず）を介してスピンドル５４を回転させることに
より、変化の度合いに応じて横孔５８の口を流路端部５０に一致させるかまたは
ずらすことができる。
【００３８】 図２に示した弁２０は、上記の温度感知手段１２と圧力感知手段１４のハウジ
ング４２内の配置を表しており、これらはハウジング４２の孔６２、６４にそれ
ぞれ挿入される。
【００３９】 スピンドル５４は適宜のＯリングシール６６によりシールしつつ回転可能に室
５２に取り付けられている。軸６０は軸受６８を有し、軸６０端部に設けられス
ピンドル端部の対応する長孔に係合する係合構成によりスピンドル５４に係合す
る。
【００４０】 使用時には、ステッパモータにより軸６０を回転させることにより、変化の度
合いに応じて横孔５８の口を流路４８の端部５０に一致させるかまたはずらすよ
うにし、それにより弁２０を通る流量を制御する。
【００４１】 要望があれば、複数の横孔５８をスピンドル５４に設け、各孔５８を異なる寸
法にしてよい。続いて孔５８の１つを特定の用途のために選択することにより、
広範囲の流体流量と流体の処理が容易になる。あるいは、各横孔５８を同じ寸法
にして孔が磨耗した場合にスピンドル５４を回転させて他の孔を使用できるよう
にしてよい。
【００４２】 図４〜図８において、特別な場合を除いて図１〜図２と同様の部分は同一の符
号を用いて表す。
【００４３】 しかしながら、図４のコントローラは、１００で示され、ニードル弁２０とス
テッパモータ１０１、スタビライザチューブユニット１０２、ステッパドライブ
（および電源）モジュール１０４、制御モジュール１６の形状の入力／出力複式
弁／プラント制御手段、最適制御モジュール１０８を有する弁組立体を含んでい
る。
【００４４】 スタビライザチューブユニット１０２は入口１２６と出口１２４とを有する流
路１２２を画定するハウジング１２０を有している。入口１２６はフィルタから
の濃縮水等の流体源に連結され、出口１２４はニードル弁２０の入口１３６に連
通するよう接続されている。横孔１２８、１３０はハウジング１２０内に設けら
れ、図４に示すようにそれぞれ圧力センサ１４と温度センサ１２を受けるように
なっている。スタビライザチューブユニット１０２はニードル弁２０へ向かう流
体流を、乱流や圧力変動を減らすことにより安定させる。
【００４５】 図５により詳細に示すように、ニードル弁２０は入口１３６と出口１３８との
間の流路を画定するハウジング１３４を有している。ニードル弁２０は、交換テ
ーパニードル１４０の形の開口設定手段と、ニードル１４０のテーパ部１４４が
通って延びる中央開口１４３を有するオリフィスディスク１４２の形の弁座とを
有している。オリフィスディスク１４２はニードル１４０と共に、入口１３６か
らハウジング１３４の内部１３７を通って出口１３８へ流れる流体を絞る。
【００４６】 ニードル１４０は、ステッパモータ１０１に駆動可能に連結されたスピンドル
１４６に着脱可能に取り付けられている。正確なネジ駆動部１４８が設けられて
ステッパモータ１０１の出力軸１５０の回転移動をスピンドル１４６の軸方向移
動に変え、次にニードル１４０をオリフィスディスク１４２の開口１４３を通し
て軸方向に移動させることにより入口１３６からオリフィスディスク１４２の開
口１４３を通って出口１３８へ流れる流体を制御する。ステッパモータ１０１の
出力軸１５０の回転位置は常に明白であるため、ニードル１４０の軸線上の位置
も明白である。したがってニードル弁２０は絶対位置決め制御弁として機能する
。
【００４７】 スピンドル１４６は適宜のシールパック１５２によりハウジング１３４にシー
ルしつつ回転可能に取り付けられる。Ｏリングシール１５４は、ニードル弁２０
のハウジング１３４に対するステッパモータ１０１の取り付けを容易にするよう
モジュラー式に設けられている。ニードル弁２０のハウジング１３４は一般にス
テンレス鋼で作られ、Ｏリングシール１５４は例えばＰＴＦＥスクレーパと三点
シール等のプラスチックハウジングを有している。モータ１０１の出力軸１５０
はネジ駆動部１４８のネジに回転可能にキー止めされ、ネジは出力軸１５０に関
して軸方向に可動である。
【００４８】 ニードル１４０とオリフィスディスク１４２も交換可能であり、入口１３６か
ら出口１３８へ向かう流体の選択流量に合わせて選択される。したがってニード
ル１４０とオリフィスディスク１４２の両方はニードル弁２０が最適な流量制御
位置で動作するように選択的に交換可能である。
【００４９】 要望があれば、図２および図４〜図８に示した弁は、弁開口が所与の時間に決
定可能であるならば、ベーン弁、バタフライ弁、ボール弁、ダイヤフラム弁、ピ
ンチ弁、円筒形弁、サンダース弁等に変えることができる。特別な弁前後の圧力
降下についての流量と弁開口寸法との関係は、その関係が既知のものであり、例
えば参照表に記録されているか、１または複数のアルゴリズム（図３参照）によ
り引出すことができる場合には、必ずしも直線である必要はない。
【００５０】 濾過システムで使用される時、弁２０はスタビライザチューブユニット１０２
（図４）を介してフィルタ（図示せず）の濃縮水出口に接続されるか、または直
接フィルタ出口に接続され（図２）、弁出口１３８（図４）または弁２０の出口
４６（図２）はそれぞれ大気圧で廃棄物出口またはタンクへの送り口としての機
能を果たす。コントローラ１０、１００は濃縮水の流量およびそれによりフィル
タの回復率を制御する。
【００５１】 ステッパモータ１０１はニードル弁２０にモジュラー式に取り付けられ、ステ
ッパリードプラグ１３２を介してステッパ駆動モジュール１０４に連結される（
図６）。ステッパ駆動モジュール１０４はＲＳ２３２インタフェースに接続され
たコネクタ１０６を有し、それによりステッパモータ１０１の位置制御を行う。
ステッパ駆動モジュール１０４もニードル弁２０に機械的に連結され、それによ
りニードル弁２０の開閉を制御する。図６に明らかに示されているように、ステ
ッパ駆動モジュール１０４はステッパモータ１０１にモジュラー式に取り付けら
れて小型ユニットを形成する。
【００５２】 制御モジュール１６と最適制御モジュール１０８はいずれもステッパ駆動モジ
ュール１０４に電気的に連通している。圧力感知手段１４、温度感知手段１２は
それぞれスタビライザチューブユニット１０２の孔１２８、１３０に配置され（
図４）、温度および圧力データ入力を制御モジュール１６に送る。制御モジュー
ル１６はこれらのデータを処理し、流体にプログラミングされた情報と共に濃縮
水流れラインに沿った瞬間流量を計算する。その後、弁２０はこの計算に応じて
変えられた開口設定を有する。
【００５３】 制御モジュール１６はコネクタ１１０を介して８個の圧力感知手段１４と８個
の温度感知手段１２、または他のアナログ入力まで接続できる（図４の破線１１
２により示されている）。制御モジュール１６はさらに８個までのアナログ出力
を提供し、１６個のデジタル入力と１６個のデジタル出力（図４の破線１１６に
より示されている）を接続するよう構成されたコネクタ１１４を有している。デ
ジタル出力／入力１１６を使用して複数のステッパ駆動モジュール１０４を駆動
することができ、次に同数のステッパモータ１０１と弁２０に機械的に連結され
る。したがって、コントローラ１００は複数の別個の流れラインに沿って流量を
制御することができる。
【００５４】 最適制御モジュール１０８はステッパ駆動シリアルインタフェースを介して最
適なプラント制御を提供するようプログラミングできる。これを達成するため、
最適制御モジュール１０８は、改良された制御信号を提供することにより濾過シ
ステムの効率の改良に寄与するよう、資本、管理、寿命、生産コスト要因を考慮
に入れている。
【００５５】 ステッパ駆動モジュール１０４および制御モジュール１６と同様に、最適制御
モジュール１０８はモジュラー式で制御モジュール１６に取り付けられている（
図８参照）。
【００５６】 一定の状況では、ソフトウェアがインストールされて自動的に弁の特徴付けを
行うことができ、それにより流量／弁設定の関係を自動的に決定する。一般にユ
ーザーがスクリーン要求に応じて測定した流量を提供することにより特徴付けの
グラフ／テーブルが作られる。スクリーン要求に応じて流体温度を変化させるこ
とにより、流体温度／粘度のパラメータを導き出すことができる。
【００５７】 弁組立体は、流体流を制御するために流量制御弁が必要な場所にはどこでも使
用することができる。
【００５８】 図示した本発明は、既知の流体特性から、すなわち流体の温度および圧力と、
制御弁の設定とから流量を決定でき、それにより濃縮水流量の測定に通常使用さ
れている流量計を不要にする制御システムを提供する。さらに、本発明は温度、
圧力および弁開口の設定を測定して流量を制御するのに使用できるだけでなく、
同様に、原則として、圧力測定に応答して弁上流に所望の圧力を提供する設定で
、弁開口を設定して流体圧を制御するのに使用でき、したがって弁が較正される
ことに留意されたい。
【００５９】 特に圧力測定は、弁上流で行われ、かつそれはゲージ圧測定（絶対圧測定では
ない）であって、前記上流域から大気圧への圧力降下が測定されるが、それは、
斯かる圧力が弁下流で測定した圧力よりもより安定し変動が少なくなる傾向があ
るためであることに留意されたい。したがって弁がフィルタの下流にある場合、
この圧力はフィルタへ送るポンプの影響のみを受ける、一方、弁下流の圧力の測
定は弁下流で起こることの影響を受け、確実なものにならない。
【００６０】 最後に、ステッパモータを使用する本来の利点は、弁開口設定の絶対位置決め
と過剰運転に対する抵抗を含むことに留意されたい。したがって弁は閉止素子（
ニードルまたはスピンドル）に加わる流体力に対して十分な抵抗を持ち、ぴたり
と閉まることはあるとしても少ない。ステッパモータも、簡易性、耐久性、低コ
スト、維持要件の少なさ、開ループ操作で知られている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のコントローラの概略ブロック図である。
【図２】 図１のコントローラで用いる弁の縦断面図である。
【図３】 図１のコントローラで制御された流れラインに沿った流量と、流れラインの種
々の圧力に関する弁のアクチュエータ位置との関係を表すグラフである。
【図４】 本発明のコントローラの更なる実施形態の概略ブロック図である。
【図５】 図４のコントローラで使用するステッパモータとニードル弁とを含む弁組立体
の縦断面図である。
【図６】 図５の弁組立体に連結したステッパ駆動（および電源）モジュールを縮小した
図５と同様の図である。
【図７】 図６で示したステッパ駆動モジュールに連結した入力／出力複式弁／プラント
制御手段モジュールの図６と同様の図である。
【図８】 図７で示した弁プラント制御手段に連結した最適制御モジュールの図６と同様
の図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ， ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ， ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，Ｓ Ｉ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ジャウバート、アンドレ、ケイス 南アフリカ国 サビイ、マウント アンダ ーソン、 マルラ ストリート 14、 サ イナージティクス （プロプライエタリ ー） リミテッド (72)発明者 カップ、ディーダリク、アーノルディス 南アフリカ国 ブリトス、エランドスラン ド、トンテルバーグ ストリート １ Ｆターム(参考） 4D066 EA01 EA06 EA08 EA14 5H307 AA01 AA20 BB01 BB05 DD11 DD12 EE02 EE06 EE12 FF12 FF13 FF15 FF27 GG01 HH04 HH08 JJ03

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御可能に変化できる開口を有する制御弁に流体を流体流れ
    ラインに沿って送ること、 制御弁上流の流体圧を感知すること、 流体流れラインに沿った流体の瞬間流量を、感知した圧力、弁の開口設定、流
    体の流れ特性および弁下流の流体圧の情報に基づき決定すること、および 制御弁の開口設定を制御可能に変化させて、流体流れラインに沿った流体の流
    量を所要の流量に一致させること を含む、流れラインに沿った流体流量制御方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の方法が流体を濾過する濾過システムの回復
    率を制御するよう作用し、前記システムが、流体送りが供給されるフィルタと、
    フィルタを通過する濾液と、フィルタをバイパスする濃縮水とを有し、前記方法
    が、既知の流量で流体送りをフィルタに供給するステップを含み、濃縮水がフィ
    ルタから流体流れラインに沿って制御弁に送られ、流体圧がフィルタと弁の中間
    位置で感知され、開口の制御可能な変化が流体流れラインに沿った流量を所要回
    復率を示す所要濃縮水流に一致させるよう作用する方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の方法が流体温度を感知する
    ことを含み、感知した温度と流体の流れ特性への効果との情報に基づき瞬間流量
    が決定される方法。
  4. 【請求項４】 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法にお
    いて、瞬間流量の決定が、実験データから導き出され、弁前後の圧力降下、流体
    温度および弁の開口設定の関数として瞬間流量を表すアルゴリズムを用いて計算
    することにより行われる方法。
  5. 【請求項５】 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の方法にお
    いて、瞬間流量の決定が、実験データから導き出され、弁前後の圧力降下、流体
    温度および弁の開口設定の関数として瞬間流量を表す参照表を用いて計算するこ
    とにより行われる方法。
  6. 【請求項６】 請求項４または請求項５に記載の方法において、流れライン
    に沿った流体の流量が所要の流量に一致するまで、開口の制御可能な変化が繰返
    し行われる方法。
  7. 【請求項７】 制御可能に変化できる開口設定を有する制御弁と、 流れラインの流体圧を感知するよう流体流れラインの制御弁上流に配置された
    圧力感知手段と、 圧力感知手段により感知された流体圧と制御弁の開口設定とに同時に応答する
    制御手段とを含み、 制御手段が弁を通る流体の瞬間流量を流体の流れ特性の情報に基づき決定する
    よう動作でき、制御手段が弁の開口設定を制御して、流量を、弁を通る所要の流
    体流量に一致させるよう動作できる、流体流れラインに沿った流体流量制御用コ
    ントローラ。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のコントローラが流れラインの流体温度を感
    知する温度感知手段を含み、制御手段が温度感知手段により感知された流体温度
    にも応答するコントローラ。
  9. 【請求項９】 請求項７または請求項８に記載のコントローラにおいて、制
    御手段が、応答すべき入力データを受けて制御弁にデータを出力するよう動作で
    きるデータインタフェースを含むＰＩＤ制御手段であるコントローラ。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のコントローラにおいて、該コントローラ
    が複数の前記制御弁を含み、各制御弁が個々に関連した圧力感知手段を有し、制
    御手段がすべての弁の開口設定を同時に制御するよう動作できるコントローラ。
  11. 【請求項１１】 請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載のコン
    トローラにおいて、各制御弁がニードル弁であるコントローラ。
  12. 【請求項１２】 請求項７から請求項１１までのいずれか一項に記載のコン
    トローラにおいて、各制御弁が制御手段からの制御信号に応答するステッパモー
    タに接続され、弁が弁の開口を設定する開口設定手段に接続され、設定手段がス
    テッパモータの出力軸に機械的に連結されてモータにより開口を設定するように
    したコントローラ。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載のコントローラにおいて、ステッパモー
    タが弁に取り付けられ、コントローラがステッパモータを駆動するようステッパ
    モータに取り付けられたステッパ駆動ユニットを含み、駆動ユニットが制御手段
    に接続されたシリアルインタフェースを有するコントローラ。
  14. 【請求項１４】 請求項７から請求項１３までのいずれか一項に記載のコン
    トローラの一部として使用する弁組立体であって、該弁組立体が、 入口、出口および制御可能に変化できる弁開口を備えたハウジングを有する制
    御弁と、 弁に接続され、制御手段からの制御信号に応答するステッパモータと、 弁開口を設定する開口設定手段とを含み、 設定手段がステッパモータの出力軸に機械的に連結されてモータにより選択的
    に開口を設定するようにした弁組立体。
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