JP2013096648A

JP2013096648A - 二流体ノズル装置

Info

Publication number: JP2013096648A
Application number: JP2011240262A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Morisono; 寧森園
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】無駄な圧空の消費を抑えることができる二流体ノズル装置を得る。
【解決手段】圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できる複数の二流体ノズルと、前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の開度を制御して前記二流体ノズルの全てから噴射される水の噴霧量が無段階に増加又は減少するようにする制御手段とを備えた二流体ノズル装置。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二流体ノズル装置に関する。

近年、二流体ノズルとして水を微粒子化して噴霧できるものが開発されている。これを多数組み合わせた装置の開発が望まれている。

特開２００７−１３９４０３号公報特開２０１１−２１８３０号公報

この場合、望ましい条件は、広い制御範囲を持ち無駄な圧空（圧縮空気）が省けると共に制御の精度が高いものが望まれている。

本実施形態は、広い制御範囲を持ち無駄な圧空が省けると共に制御の精度が高い二流体ノズル装置を提供することを目的とする。

本実施形態の代表的なものは、圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できる複数の二流体ノズルと、前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の開度を制御して前記二流体ノズルの全てから噴射される水の噴霧量が無段階に増加又は減少するようにする制御手段と、を備えた二流体ノズル装置である。

本実施形態によれば、広い制御範囲を持ち無駄な圧空の消費が省けると共に制御の精度が高い二流体ノズル装置を提供できる。

また、必要な水の噴霧量に応じて二流体ノズルの数を調節すると共に、比例制御弁の開度の調整により、二流体ノズルの水の噴霧量が無段階に増減されるので、広い制御範囲を持ち、無駄な圧空の消費を抑えることができる。これと同時に、汎用の安価なディジタル指示調節計を用いることで、広い制御範囲において、信頼性の高い流量制御が可能となる。

本実施形態の二流体ノズル装置の概略構成を示す構成図。図１のディジタル指示調節計の機能ブロック図。図２の噴霧量制御部の機能を説明するためのフローチャート。図２の実際の噴霧量制御部の機能を説明するためのフローチャート。図２の噴霧段数制御部の機能を説明するためのフローチャート。図２の比例制御弁制御部の機能を説明するためのフローチャート。図５の現在の噴霧段数を説明するための図。図５の開放電磁弁決定を説明するための図。図６の現在の噴霧段数を説明するための図。図１のディジタル指示調節計の機能を説明するためのもので、噴霧量と比例制御弁開度の関係を示す図。図１のディジタル指示調節計の機能を説明するためのもので、噴霧量と圧空量（圧縮空気量）の関係を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。始めに、図１により本実施形態の二流体ノズル装置の概略構成について説明する。圧縮空気供給系０１からの圧空及び水供給系０２からの水を供給し、水を微粒子化して噴霧できる複数の二流体ノズル１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７を備え、これらの全ての二流体ノズル１１〜１７を複数のグループＡ、Ｂ、Ｃに分け、グループＡには１個の二流体ノズル１１、グループＢには２個の二流体ノズル１２、１３、グループＣには４個の二流体ノズル１４、１５、１６、１７を含んでいる。

そして、各グループＡ、Ｂ、Ｃ毎の二流体ノズル１１、１２−１３、１４−１５−１６−１７と圧縮空気供給系０１及び水供給系０２の間に、分岐圧縮空気供給系０１１及び分岐水供給系０２１が形成され、これらには各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁例えば電磁弁２１、２２、２３、３１、３２、３３が設けられている。

さらに、水供給系０２及び分岐水供給系０２１の間に、水の元圧を例えば０．１５ＭＰａに調整するレギュレータ４及び開度を調整することにより水量を調節する比例制御弁４が配設され、また圧縮空気供給系０１の元圧を例えば０．１５ＭＰａに調整するレギュレータ８が配設されている。

また、例えば湿度計９により制御目標である、測定した部屋の現在の湿度を入力し、電磁弁２１〜２３、３１〜３３に対して入り切り指令を与える共に、比例制御弁４に対して例えばアナログ開度指令を与える制御手段例えばディジタル指示調節計５を備えている。

このような構成を備えていることで、ディジタル指示調節計５からの入り切り指令により電磁弁２１〜２３、３１〜３３が動作して二流体ノズル１１〜１７のグループが選択され、かつディジタル指示調節計５からの開度指令により比例制御弁４の開度が制御され、この結果二流体ノズル１１〜１７の全てから噴射される水の噴霧量が無段階に増加又は減少する。

図２はディジタル指示調節計５の機能を説明するためのブロック図で、現在湿度計測部５１と、噴霧量制御部５２と、噴霧段数制御部５３と、比例制御弁制御部５４を備えている。

図３は、噴霧量制御部５２の第１の例５２ａであり、現在湿度計測部５１において測定された現在湿度（Ｓ１）を、判断ステップ（Ｓ２）で目標湿度と比較し、噴霧量が過剰か、噴霧量が不足か、或いは噴霧量が適正かどうかの判断をし、噴霧量が適正の場合には噴霧量指令値つまり現在噴霧量指令値を出力し（Ｓ３）、噴霧量指令値を決定する（Ｓ６）。Ｓ２において噴霧量過剰と判断された場合に、Ｓ４において、［噴霧量指令値＝現在噴霧量指令値−１％］を演算し、この結果を噴霧量指令値決定とする（Ｓ６）。Ｓ２において噴霧量不足と判断された場合に、Ｓ５において、［噴霧量指令値＝現在噴霧量指令値＋１％］を演算し、この結果を噴霧量指令値決定とする（Ｓ６）。

図４は、噴霧量制御部５２の第２の例５２ｂであり、前述と同様に測定された現在湿度（Ｓ１）と目標湿度（Ｓ７）を、指示調節計に有するＰＩＤ演算回路（図示せず）に入力して演算を行い、その結果を噴霧量指令値決定とする（Ｓ６）。

図５は噴霧段数制御部５３を説明するための図であり、前述の噴霧量制御部５２で求められた噴霧量指令値（Ｓ１１）は、増減段判定ステップにおいて噴霧量指令値の増段判定又は減段判定を行う（Ｓ１２）。

Ｓ１２において、噴霧量指令値＜減段判定指令値と判定されたとき、Ｓ１３において［噴霧段数＝現在噴霧段数−１］が求められ、この結果で開放すべき電磁弁が決定される（Ｓ１６）。

Ｓ１２において、噴霧量指令値＞増段判定指令値と判定されたとき、Ｓ１５において［噴霧段数＝現在噴霧段数＋１］が求められ、この結果で開放すべき電磁弁が決定される（Ｓ１６）。

さらに、Ｓ１２において、減段判定指令値≦噴霧量指令値≦増段判定指令値と判定されたとき、Ｓ１４において［噴霧段数＝現在噴霧段数］が求められ、この結果で開放すべき電磁弁が決定される（Ｓ１６）。

なお、Ｓ１４における現在の噴霧段数（Ｓ２０）は、図７に基づき行われ、増段判定指令値確認、減段判定指令値確認が行われる（Ｓ２１）。

また、Ｓ１６における開放電磁弁決定は、図８に基づき確認される。

図６は、比例制御弁制御部５４を説明するための図であり、噴霧段数制御部５３からの噴霧量指令値（Ｓ１１）と比例制御弁開度係数の積から比例制御弁開度を求める（Ｓ１９）。また、図９により確認した現在噴霧段数（Ｓ１７）により比例制御弁開度係数確認を行い（Ｓ１８）、この確認に基づきＳ１９により比例制御弁開度を求める。

図１０は、前記制御手段例えばディジタル指示調節計５において、比例制御弁の開度の傾きを求める一例を説明するための、比例制御弁の開度と、水の噴霧量の関係を示すグラフである。図１０の比例制御弁の開度０％〜１００％と、水の噴霧量０％〜１００％の関係を示すグラフにおいて、二流体ノズルの総数がＮ個のときディジタル指示調節計５は、二流体ノズルが１個動作しているときの比例制御弁の開度の傾きをＮ／１とし、以下同様に…前記二流体ノズルがｎ個動作しているときの前記比例制御弁の開度の傾きをＮ／ｎとなるように制御する例である。

図１１は、前記制御手段例えばディジタル指示調節計５において、二流体ノズルの水の噴霧量を制御することを説明するためのグラフである。図１１に示す、圧縮空気０％〜１００％と、水の噴霧量０％〜１００％の関係を示すグラフにおいて、ディジタル指示調節計５は二流体ノズルが１個動作しているときの水の噴霧量を１／Ｎ％とした点と、以下同様に…前記二流体ノズルがＮ個動作しているときの水の噴霧量をｎ／Ｎ％となる点を結んだ直線に乗るように二流体ノズルの水の噴霧量を制御する。

以上述べた本実施形態によれば、必要な水の噴霧量に応じて二流体ノズルの数を調節すると共に、比例制御弁の開度の調整により、二流体ノズルの水の噴霧量が無段階に増減されるので、無駄な圧空の消費を抑えることができる。これと同時に、汎用の安価なディジタル指示調節計５を用いることで、広い制御範囲において、信頼性の高い流量制御が可能となる。

前述の実施形態によれば、以下に述べる従来の二流体ノズルの噴霧制御の問題点を改善できる。

１）従来の二流体ノズルによる加湿装置の噴霧量制御として、噴霧ノズルを複数のグループに分けて、グループ毎に指示調節計をつけて、それぞれ微妙にオンオフの設定をずらして加湿負荷が大きくなるにつれて噴霧するグループを増やす方法や、湿度制御用の指示調節計のアナログ出力（０〜１００％）に対し、警報設定器等を使って４段階のオンオフ制御を行う方法がとられているものがある。これでは、制御の精度が低く、制御段数を増やそうとすると、グループの数だけ電磁弁が必要となり、制御装置が高額になる問題がある。

２）他の従来例として、二流体ノズルの特性から流量を制御する方式があるが、定格流量に対して少ない流量の制御は非常に不安定な傾向があり、噴霧した霧の中に、粗大粒子が含まれるようになって周辺を濡らしたり、ノズルの先端からしずくが垂れる等の問題が生ずることがある。このため、実際の噴霧量の最低噴霧量は定格の２０％程度までとなり、加湿負荷が少なく、少ない噴霧量の制御が必要な時は、制御が追従できない可能性や、噴霧のオンオフを繰り返し、室内湿度がハンチングする等の問題がある。

３）さらに異なる従来の二流体ノズルの圧力制御を行う方式にあっては、万が一圧縮空気（圧空）の制御に何らかの問題が生じた場合に、圧空の圧力が不足したまま水が供給されることが想定され、その場合、水が十分に霧化されないまま噴射され、付近の壁や、床、製造装置、製品等を濡らす危険性が高まるため、圧空の制御系に、より高い信頼性が要求される問題がある。

４）さらに又異なる従来例として、二流体ノズルにおける水の比例制御弁及びエアの比例制御弁(二方弁)の両方に指令を出して開度をコントロールして噴霧量を制御する方式では、加湿時はエアは開放で、水の比例制御弁の開度だけで噴霧量を制御するものである。この場合は、加湿量が少ない時でもエアは定格量噴出することになるので、大量に無駄なエアを使用してしまうことがある。そこで、この場合．何らかの比率でエアと水の弁の開度を同時に制御し、エアを定格量噴射しないようにするには、使用するノズルの特性に応じて、十分な実験データに基づいたエアの弁の開度制御方法を特定する必要がある。この場合、制御が難しい、若しくは十分に霧化していない粗大粒子を多く含んだ霧が発生し、空調機の外の廊下などで直接噴霧するような用途では周囲を濡らしてしまうことがある。

本実施形態は、以上述べた例に限定されず、例えば次のようにした二流体ノズル装置であってもよい。

（１）ディジタル指示調節計５は、比例制御弁４の開度を、水の噴霧量の目標値に応じて制御するようにしてもよい。

（２）ディジタル指示調節計５は、二流体ノズルの水の供給する個数を順次増加又は減少するようにしてもよい。

（３）二流体ノズルのグループに分ける個数は、２のｎ乗で表現される値としてもよい。

（４）各二流体ノズルは、比例制御弁４により水を無段階に制御可能なものを用いてもよい。

（５）水供給系０２及び又は圧縮空気供給系０１に元圧を調整するレギュレータ４、８を備えているものであってもよい。

（６）前述の二方弁は、電磁弁以外のものであってもよい。

（７）ディジタル指示調節計５は、目標値及び現在値を表示可能な構成を備えたものであってもよい。

（８）ディジタル指示調節計５は、出力端子及び又は入力端子の個数を増設可能な構成を備えたものであってもよい。

（９）ディジタル指示調節計５は、プログラムを増設可能な構成を備えたものであってもよい。

（１０）ディジタル指示調節計５は、図１０のように比例制御弁４の開度と水の噴霧量に基づいて比例制御弁の開度の制御をせずに、図１の比例制御弁４の二次側の圧力と、圧力目標値の偏差が零となるように制御するようにしてもよい。

以上のようにいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

０１…圧縮空気供給系、０１１…分岐圧縮空気供給系、０２…水供給系、０２１…分岐水供給系、１１〜１７…二流体ノズル、２１〜２３、３１〜３３…電磁弁、４…比例制御弁、５…制御手段例えばディジタル指示調節計、５１…現在湿度計測部、５２…噴霧量制御部、５３…噴霧段数制御部、５４…比例制御弁制御部。

Claims

圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できる複数の二流体ノズルと、
前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、
前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、
前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、
前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の開度を制御して前記二流体ノズルの全てから噴射される水の噴霧量が無段階に増加又は減少するようにする制御手段と、
を備えた二流体ノズル装置。
圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できるＮ個の二流体ノズルと、
前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、
前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、
前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、
前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の開度を制御するものであって、前記比例制御弁の開度０％〜１００％と、前記水の噴霧量０％〜１００％の関係を示すグラフにおいて、前記二流体ノズルが１個動作しているときの前記比例制御弁の開度の傾きをＮ／１とし、以下同様に…前記二流体ノズルがｎ個動作しているときの前記比例制御弁の開度の傾きをＮ／ｎとなるように制御する制御手段と、
を備えた二流体ノズル装置。
圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できるＮ個の二流体ノズルと、
前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、
前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、
前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、
前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の二次側の圧力を制御するものであって、前記比例制御弁の二次側の圧力と、圧力の目標値の偏差を零となるように制御する制御手段と、
を備えた二流体ノズル装置。
圧縮空気供給系からの圧縮空気及び水供給系からの水を供給し、前記水を微粒子化して噴霧できるＮ個の二流体ノズルと、
前記二流体ノズル全てを複数のグループに分け、各グループ毎の二流体ノズルと前記圧縮空気供給系及び前記水供給系の間に形成された分岐圧縮空気供給系及び分岐水供給系と、
前記各分岐圧縮空気供給系及び前記各分岐水供給系にそれぞれ配設され、各二流体ノズルへの圧縮空気及び水の噴出の入り切りを行う二方弁と、
前記水供給系及び前記分岐水供給系の間に配設された比例制御弁と、
前記二方弁の入り切り及び前記比例制御弁の開度を制御するものであって、前記圧縮空気０％〜１００％と、前記水の噴霧量０％〜１００％の関係を示すグラフにおいて、前記二流体ノズルが１個動作しているときの前記水の噴霧量を１／Ｎ％とした点と、以下同様に…前記二流体ノズルがＮ個動作しているときの前記水の噴霧量をＮ／Ｎ％となる点を結んだ直線に乗るように前記二流体ノズルの水の噴霧量を制御する制御手段と、
を備えた二流体ノズル装置。
前記制御手段は、前記比例制御弁の開度を、水の噴霧量の目標値に応じて制御する請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
記載の二流体ノズル装置。
前記制御手段は、前記二流体ノズルの水の供給する個数を順次増加又は減少するように切換える請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記二流体ノズルのグループに分ける個数は、２のｎ乗で表現される値とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記各二流体ノズルは、前記比例制御弁により水を無段階に制御可能である請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記水供給系及び又は前記圧縮空気供給系に元圧を調整するレギュレータを備えている請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記二方弁は、電磁弁である請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記制御手段は、目標値及び現在値を表示可能なデジタル指示調節計である請求項１〜請求項１０のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記制御手段は、出力端子及び又は入力端子の個数を増設可能なデジタル指示調節計である請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。
前記制御手段は、プログラムを増設可能なデジタル指示調節計である請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載の二流体ノズル装置。