JP2005207496A - 混合弁及び混合装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の混合弁に比して、より簡易に一の流体及び1又は複数の他の流体の流量を制御することができる混合弁及び混合装置を提供することを目的とする。
【解決手段】一の流体f1が流通する主流路13に他の流体f2,f3が流通する1又は複数の副流路14(14A,14B)がその連通開口部18A,18Bを開閉する開閉弁部20A,20Bを介して接続されてなる混合弁10Aにおいて、前記主流路及び副流路の各々に圧力センサ31,32,33(34)を配置して当該主流路及び副流路を流通する流体の圧力を検知するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、一の流体が流通する主流路に他の流体が流通する1又は複数の副流路が接続されてなる混合弁と、該混合弁を用いた混合装置に関する。
例えば半導体や薬品の製造分野では、配管に純水を流して所定の作業場所へ供給する場合がある。その際、目的とする作業や製品に応じて、前記純水に対し必要な薬液等の他の流体を適宜切り換えて混合し供給するために、図8に示すようなマニホールドバルブ等の混合弁110が使用される(例えば、特許文献1参照。)。
この混合弁110は、図8に示すように、例えば前記純水である一の流体(第一流体f1)が流通する主流路113に、他の流体である各種薬液(第二流体f2,第三流体f3,第四流体f4)が流通する副流路114A,114B,114Cが、それぞれの連通開口部116A,116B,116Cを開閉する開閉弁部120A,12B,120Cを介して接続されてなるものである。符号111は本体ブロック、112は弁ブロックである。
各副流路114A,114B,114Cは、前記主流路113の下側にそれぞれ形成されていて、その上端は連通開口部116A,116B,116Cとして主流路113に開口しており、各副流路114A,114B,114Cを流通する第二、第三、第四流体f2,f3,f4を主流路113に対して上向きに供給するようになっている。各連通開口部116A,116B,116Cは、弁ブロック112に設けられた対応する開閉弁部120A、120B,120Cにより個別的に開閉可能とされている。
開閉弁部120A、120B,120Cは、主流路113の前記連通開口部116A,116B,116Cの上部に配置されていて、図示しない制御装置によるエア等の作動によってその弁体124が主流路113を横切って進退して、対応する連通開口部116A,116B,116Cを主流路113の内側から開閉して、各副流路114A,114B,114Cの第二、第三、第四流体f2,f3,f4を主流路113内へ供給しまたは供給を停止する。符号122は各開閉弁部120A、120B,120Cのピストン部材、126はダイアフラム、Sは弁体124を常時前進方向に付勢するスプリングである。
従来では、このような混合弁110で主流路113及び副流路114A,114B,114Cを流通する各流体の流量を制御するには、当該混合弁110の配管等の外部流路に別途流量センサ等の外部検知手段を接続配置して、該外部検知手段に基づいて行う必要があった。
しかしながら、上のような混合弁において、複数の流体の外部流路に検知手段を接続配置することは、作業上煩雑であるばかりでなく、配管あるいは配線等のレイアウトが複雑となりトラブルの原因ともなりかねない。近年では、このような混合弁における各流体の各々の流量制御をより簡易な構成で実施することが望まれている。
特許第3207782号明細書
本発明は前記の点に鑑みなされたものであり、一の流体が流通する主流路に他の流体が流通する1又は複数の副流路が接続されてなる混合弁において、より簡易に各流体の流量を制御することが可能となる混合弁及び混合装置を提供することを目的とする。
すなわち、請求項1の発明は、一の流体が流通する主流路に他の流体が流通する1又は複数の副流路がその連通開口部を開閉する開閉弁部を介して接続されてなる混合弁において、前記主流路及び副流路の各々に圧力センサを配置して当該主流路及び副流路を流通する流体の圧力を検知するようにしたことを特徴とする混合弁に係る。
請求項2の発明は、前記主流路に前記一の流体のための開閉弁部を有する請求項1に記載の混合弁に係る。
請求項3の発明は、前記主流路に圧力損失部を介して複数の圧力センサが直列に配置されている請求項1に記載の混合弁に係る。
請求項4の発明は、前記圧力損失部がオリフィス部分である請求項3に記載の混合弁に係る。
請求項5の発明は、前記開閉弁部における連通開口部の弁座が前記主流路内に臨んで配置され、前記開閉弁部の弁体による副流路の閉鎖が主流路内で行われる請求項1に記載の混合弁に係る。
請求項6の発明は、前記主流路に洗浄用流体のための流路が開閉弁部を介して接続された請求項1に記載の混合弁に係る。
請求項7の発明は、前記開閉弁部の弁体の開閉動を外部に表示する表示手段を備えた請求項1、2、6のいずれか1項に記載の混合弁に係る。
請求項8の発明は、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の混合弁と、少なくとも前記混合弁の副流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁と、前記混合弁の圧力センサからの信号を受け取り演算して所定の混合比率を維持するための信号を前記制御弁に送るコントローラとを有することを特徴とする混合装置に係る。
また、請求項9の発明は、前記混合弁の主流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁を有する請求項8に記載の混合装置に係る。
請求項1の発明に係る混合弁によれば、一の流体が流通する主流路に他の流体が流通する1又は複数の副流路がその連通開口部を開閉する開閉弁部を介して接続されてなる混合弁において、前記主流路及び副流路の各々に圧力センサを配置して当該主流路及び副流路を流通する流体の圧力を検知するようにしたものであるから、簡易に各流体の流量を検知することができる。
請求項2の発明によれば、請求項1において、前記主流路に前記一の流体のための開閉弁部を設けたので、混合弁内で一の流体の流通の制御を行うことができる。
請求項3の発明によれば、請求項1において、前記主流路に圧力損失部を介して複数の圧力センサが直列に配置されているので、主流路を流通する流体の流量を検知することができる。
請求項4の発明によれば、請求項3において、前記圧力損失部がオリフィス部分であるので、圧力損失部を容易に形成することができる。
請求項5の発明によれば、請求項1において、前記開閉弁部における連通開口部の弁座が前記主流路内に臨んで配置され、前記開閉弁部の弁体による副流路の閉鎖が主流路内で行われるので、開閉弁部の閉鎖時における流体の停滞(いわゆる液溜まり)を減少させることができ、また主流路と副流路の接続部分のクリーニングを効果的にかつ効率よく行うことが可能となる。
請求項6の発明によれば、請求項1において、主流路に洗浄用流体のための流路が開閉弁部を介して接続されたので、混合弁のクリーニングを簡便に行うことができる。
請求項7の発明によれば、請求項1、2、6のいずれかにおいて、前記開閉弁部における弁体の開閉動を外部に表示する表示手段を備えたので、前記開閉弁部の開閉動を外部から容易に確認することができる。
請求項8の発明に係る混合装置によれば、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の混合弁と、少なくとも前記混合弁の副流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁と、前記混合弁の圧力センサからの信号を受け取り演算して所定の混合比率を維持するための信号を前記制御弁に送るコントローラとを有するので、副流路を流通する流体の流量の制御を極めて簡易な構成で行うことが可能となる。
また、請求項9の発明によれば、請求項8において、前記混合弁の主流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁を有するので、副流路を流通する流体の流量に加え、主流路を流通する流体の流量制御も極めて簡易な構成で行うことが可能となる。
以下添付の図面に従ってこの発明を詳細に説明する。
図1はこの発明の混合弁の第一実施例の断面図、図2は同じく第二実施例に係る混合弁の断面図、図3は第三実施例に係る混合弁の断面図、図4は第四実施例に係る混合弁の断面図、図5は開閉弁部の開閉動を表示する表示手段を備えた混合弁の部分断面図、図6はこの発明の混合装置の第一実施例の制御回路図、図7は同じく混合装置の第二実施例の制御回路図である。
以下の実施例に示す混合弁は、いずれも前記したいわゆるマニホールドバルブと呼ばれるものである。図1に示す第一実施例の混合弁10Aは、主流路13に対して2つの副流路14(第一副流路14A,第二副流路14B)がその連通開口部18A,18Bを開閉する開閉弁部20A,20Bを介して接続されている。そして、主流路13及び各副流路14A,14Bの各々には、圧力センサ31,32,33が配置されている。図の符号11は本体ブロック、12は弁ブロックである。
主流路13は、第一流体(ここでは純水)f1が流通する流路であって、図示のように略直方体に形成された本体ブロック11の長手方向に略水平に貫通して設けられている。主流路13の両端は、接続開口部13a(上流側),13b(下流側)として図示しない接続部材を介して外部配管あるいは流体機器に接続される。主流路13には、この実施例では両副流路14A,14Bの連通開口部18A,18Bよりも下流(13b)側に、当該主流路13内を流通する混合流体mの圧力を検知する圧力センサ31が配置される。圧力センサ31(他の圧力センサも同様)は従来公知のものを使用することができる。圧力センサ31の検知信号は電気信号E1に変換されて後述するコントローラ70へ伝達される。
副流路14(第一副流路14A,第二副流路14B)は、他の流体(ここでは各種薬液)である第二流体f2,第三流体f3を流通する流路であり、前記主流路13の下側にそれぞれ形成されていて、第二流体f2,第三流体f3を連通開口部18A,18Bを経て、主流路13に対して上向きに供給するようになっている。各副流路14A,14B内には流路径が一旦狭くなる絞り部17A,17Bが形成されている。この絞り部17A,17Bは、各副流路14A,14Bを流通する各流体f2,f3の圧力損失部を形成する。なお、絞り部17A,17Bの流路径は、各副流路14A,14Bを流通する各流体f2,f3の流量に応じて適宜決定される。図の符号15A,15Bは各副流路14A,14Bの外部配管等との接続開口部である。
そして、第一副流路14Aには、該第一副流路14A内を流通する第二流体f2の圧力を検知する圧力センサ32が、第二副流路14Bには、該第二副流路14B内を流通する第三流体f3の圧力を検知する圧力センサ33がそれぞれ配置される。各圧力センサ32,33が検知した流体f2,f3の圧力検知信号は、それぞれ電気信号E2,E3に変換されて後述のコントローラ70へ送信される。
開閉弁部20A,20Bは、主流路13の前記連通開口部18A,18Bの上部に配置されていて、先にも述べたように、図示しない制御装置によるエア等の作動によってその弁体24が主流路13を横切って進退して、対応する連通開口部18A,18Bを主流路13の内側から開閉し、各副流路14A,14Bから流入する流体f2,f3を主流路13内へ供給しまたは供給を停止する。符号21はシリンダ、22はピストン、26は連通開口部18A,18Bに形成された弁座、27はダイアフラム、Sは弁体24を常時前方向に付勢するスプリングである。
この混合弁10Aにおいて、主流路13の上流(13a)側から流入される第一流体f1は、各副流路14A,14Bからそれぞれ供給される各流体f2,f3と混合されて、混合流体mとして主流路13の下流(13b)側から流出される。
実施例の混合弁10Aでは、図示し請求項5の発明としても規定したように、開閉弁部20A,20Bにおける連通開口部18A,18Bの弁座26を主流路13内に臨んで配置し、開閉弁部20A,20Bの弁体24による前記副流路14A,14Bの閉鎖が前記主流路13内で行われるように構成されている。このように構成することによって、開閉弁部20A,20Bの閉鎖時における流体の停滞(いわゆる液溜まり)を減少させることができ、また主流路13と副流路14A,14Bの接続部分のクリーニングを効果的にかつ効率よく行うことが可能となる。
次に、第二実施例に係る混合弁10Bについて説明する。なお、以下の各実施例において、第一実施例と同一符号は同一の構成を表すものとして、その説明を省略する。図2に示す第二実施例の混合弁10Bは、請求項2の発明としても規定したように、前記第一実施例の混合弁10Aの主流路13に第一流体f1のための開閉弁部20Xを設けたものである。この混合弁10Bでは、本体ブロック11内の主流路13の上流(13a)側を図のように下側へ略L字状に屈曲し、該屈曲部13Lの屈曲連通部18Xの上部に開閉弁部20Xが配置されている。
この混合弁10Bにおいて、第一流体f1は屈曲連通部18Xを介して上向きに供給され主流路13を下流(13b)側へ流通する。そして、必要に応じて、開閉弁部20Xが作動して、第一流体f1の流通が停止される。なお、開閉弁部20Xの構成及び作動は、他の開閉弁部20A,20Bと同様であるので、共通符号を付してその説明を省略する。
図3に示す第三実施例に係る混合弁10Cは、請求項3の発明として規定したように、主流路13に圧力損失部40を介して複数の圧力センサ31,34を直列に配置したものである。この実施例では、主流路13の連通開口部18A,18Bよりも下流(13b)側に第1圧力センサ31が配置されるとともに、主流路13の上流(13a)側である前記屈曲部13Lに第2圧力センサ34が配置された例が示される。第1圧力センサ31は主流路13の当該部分における混合流体mの圧力を検知し、第2圧力センサ34は主流路13Lの屈曲部16部分における第一流体f1の圧力を検知する。
圧力損失部40は、主流路13に直列に配置された複数の圧力センサ31,34間に設けられ、前記複数の圧力センサ31,34間の主流路の流路径を狭めるように構成されている。前記圧力損失部40は、例えば、請求項4の発明として規定したように、オリフィス部分41として形成することが、製作上簡単かつ容易である。
図4に示す第四実施例に係る混合弁10Dは、請求項6の発明として規定したように、前記主流路13に洗浄用流体gのための流路16が開閉弁部20Yを介して接続されたものである。洗浄用流体流路16は、実施例では、主流路13の連通開口部18A,18Bより上流(13a)側に、該主流路13に対して下側に形成され、洗浄用流体gを連通開口部18Yから上向きに供給するようになっている。符号19は洗浄用流体gの外部配管との接続開口部である。なお、開閉弁部20Yの構成及び作動は他の開閉弁部20A,20Bと同様であるので、共通符号を付してその説明を省略する。
洗浄用流体gとしては、各種洗浄液のほか圧縮エア等の気体も使用される。洗浄用流体gによって洗浄を行う場合は、主流路13及び各副流路14A,14Bにおける流体f1,f2,f3の流通を各開閉弁部20X,20A,20Bを閉じて停止し、洗浄用流体gの開閉弁部20Yを開けてその連通開口部18Yより主流路13に対して洗浄用流体gを流通する。洗浄用流体gは通常は圧力をかけてフラッシング洗浄がなされる。
上で述べた混合弁10A,10B,10C,10Dにおいては、図5に図示しかつ請求項7の発明として規定したように、各開閉弁部20A,20B,20X,20Yにおける弁部の開閉動を外部に表示する表示手段50を設けることができる。外部表示手段50としては、図5に示すように、LED51等の発光手段が好ましく用いられる。弁部の開閉動の検知は、弁体24を動かすピストン22の動きを検出する公知のリミットスイッチ52によるほか、光電センサや荷重センサによっても行うことができる。
次に、本発明の混合弁を用いた混合装置について図6及び図7に従って説明する。図6の混合装置60Aは、請求項8の発明として規定したように、前記した混合弁、例えば混合弁10A(10B,10D)と、少なくとも前記混合弁の副流路14A,14Bと接続された流体供給流路84A,84Bに配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁72,73と、前記混合弁の圧力センサ31,32,33からの信号E1,E2,E3を受け取り演算して所定の混合比率を維持するための信号S1,S2,S3を前記制御弁72,73に送るコントローラ70とを有する。図6の符号83は第一流体f1の供給流路、91,92,93は第一、第二、第三流体f1,f2,f3の各供給部、Jは混合弁と外部配管や機器との接続部を表す。
図6の混合装置60Aは、主流路13の下流(13b)側に圧力センサ31が設けられた前述の混合弁10A(混合弁10B,10Dも同様)を用いたものである。なお、説明を簡略にするために、開閉弁部や洗浄用流体の流路等は省略されている。この混合装置60Aにおいては、混合弁10Aの各副流路14A,14Bと接続された流体供給流路84A,84Bに、当該供給流路84A,84Bを流通する流体f2,f3の流量又は圧力を制御する制御弁72,73が配置されている。混合弁10Aの各圧力センサ31,32,33からの信号E1,E2,E3はコントローラ70に送られ、ここで演算され、該コントローラ70から混合流体mの所定の混合比率を維持するための信号S1,S2が制御弁72,73に送られる。各制御弁72,73は、信号S1,S2に従って、当該供給流路84A,84Bを流通する流体f2,f3の流量又は圧力を制御する。
混合装置60Aの混合弁10Aは、上述のように主流路13の下流(13b)側に圧力センサ31が設けられ、主流路13の下流(13b)側を流通する第一、第二、第三流体f1,f2,f3の混合流体mの圧力を検知する。そして、各副流路14A,14Bの圧力センサ32,33はそれぞれ第二、第三流体f2,f3の圧力を検知するものであるから、この混合装置60Aでは、第一流体f1に対する第二、第三流体f2,f3の流量又は圧力が制御弁72,73によって制御される。従って、この例では、第一流体f1が主流路13を一定量で流通する場合に有利に用いられる。
ここで制御弁72,73について説明すると、この制御弁は、圧力の変動に対してその弁体が進退し流体の流量を変動させる流量制御弁が好ましく用いられる。例えば、アドバンス電気工業株式会社の特許第2671183号や同第3276936号に開示される流量制御弁である。
図7の混合装置60Bは、請求項9の発明に係り、上記の実施例の混合装置60Aにおいて、さらに主流路13の上流(13a)側に圧力センサ34が設けられていて、主流路13を流通する第一流体f1を圧力を検知し、第一流体の供給流路83に設けられた制御弁71によって該供給流路83を流通する第一流体f1の流量又は圧力を制御するようになっている。
この混合装置60Bでは、主流路13を流通する混合流体mの検知信号E1及び第一流体f1の圧力検知信号E4と、各副流路14A,14Bを流通する第二、第三流体f2,f3の圧力検知信号E2,E3のそれぞれが検知されてコントローラ70に送られる。そして、コントローラ70から、所定の混合比率を維持するために演算された信号S1,S2,S3が制御弁71,72,73に伝達されて、第一、第二、第三の各供給流路83,84A,84Bを流通する第一、第二、第三の各流体f1,f2,f3の圧力又は流量が制御される。従って、この例では、混合流体mの全体流量が変動する場合にも、第一、第二、第三の各流体f1,f2,f3の混合比率の維持が可能となる。なお、制御弁71は前記した制御弁72,73と同様であり、また図7において図6と共通符号は同一構成部材を表す。
以上、本発明の混合弁及び混合装置について説明したが、本発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜構成を変更することができる。例えば、開閉弁部を介して主流路に接続される複数の副流路の数は特に限定するものではなく、2以上の副流路をそれぞれ開閉弁部を介して接続する等、用途に応じて各流路を構成することができる。また、主流路に配置される圧力センサの数及び位置についても、副流路の連通開口部との関係で適宜の構成とすることができる。
この発明の混合弁の第一実施例の断面図である。 この発明の第二実施例に係る混合弁の断面図である。 この発明の第三実施例に係る混合弁の断面図である。 この発明の第四実施例に係る混合弁の断面図である。 開閉弁部の開閉動を表示する表示手段を備えた混合弁の部分断面図である。 この発明の混合装置の第一実施例の制御回路図である。 この発明の混合装置の第二実施例の制御回路図である。 従来の混合弁の一例を示す断面図である。
符号の説明
10A,10B,10C,10D 混合弁
13 主流路
13a 接続開口部(上流側)
13b 接続開口部(下流側)
14 副流路
14A 第一副流路
14B 第二副流路
16 洗浄用流体流路
17A,17B 絞り部
18A,18B 連通開口部
20A,20B,20X,20Y 開閉弁部
22 ピストン
24 弁体
26 弁座
31,32,33,34 圧力センサ
40 圧力損失部
50 表示手段
60A,60B 混合装置
70 コントローラ
71,72,73 制御弁
81,83A,83B 流体供給流路
f1 第一流体
f2 第二流体
f3 第三流体
m 混合流体
g 洗浄用流体

Claims (9)

  1. 一の流体が流通する主流路に他の流体が流通する1又は複数の副流路がその連通開口部を開閉する開閉弁部を介して接続されてなる混合弁において、前記主流路及び副流路の各々に圧力センサを配置して当該主流路及び副流路を流通する流体の圧力を検知するようにしたことを特徴とする混合弁。
  2. 前記主流路に前記一の流体のための開閉弁部を有する請求項1に記載の混合弁。
  3. 前記主流路に圧力損失部を介して複数の圧力センサが直列に配置されている請求項1に記載の混合弁。
  4. 前記圧力損失部がオリフィス部分である請求項3に記載の混合弁。
  5. 前記開閉弁部における連通開口部の弁座が前記主流路内に臨んで配置され、前記開閉弁部の弁体による副流路の閉鎖が主流路内で行われる請求項1に記載の混合弁。
  6. 前記主流路に洗浄用流体のための流路が開閉弁部を介して接続された請求項1に記載の混合弁。
  7. 前記開閉弁部の弁体の開閉動を外部に表示する表示手段を備えた請求項1、2、6のいずれか1項に記載の混合弁。
  8. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の混合弁と、
    少なくとも前記混合弁の副流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁と、
    前記混合弁の圧力センサからの信号を受け取り演算して所定の混合比率を維持するための信号を前記制御弁に送るコントローラ
    とを有することを特徴とする混合装置。
  9. 前記混合弁の主流路と接続された流体供給流路に配置され、当該供給流路を流通する流体の流量又は圧力を制御する制御弁を有する請求項8に記載の混合装置。
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