JP2019509502A - 漏洩排出検出 - Google Patents

Abstract

この発明の実施形態は、バルブ（１０）用のバルブ作動器（２０）を含む。バルブ作動器（２０）はバルブ作動器ハウジング（２２）を含み、バルブ作動器ハウジングは、バルブ作動器ハウジング内に規定され、使用中にバルブのバルブステム通路（１７）に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙（３０）を含む。空隙は一定の体積を有し、外部環境から封止されている。バルブ作動器はさらに漏洩排出検出器（４０）を含む。当該検出器は、空隙の内部の流体の圧力および温度を測定するための少なくとも１つのセンサ（４２、４４）を含む。当該検出器はまた、プロセッサを含み、プロセッサは、少なくとも１つのセンサからデータを受信するための入力と、入力に通信可能に接続されており、入力からデータを受信し、空隙内の温度および圧力の変化の比較によって空隙内の物質の量の変化を監視するように構成された処理部と、プロセッサが空隙内の物質の増加を示す場合に漏洩排出の表示を提供するための出力とを含む。

Description

発明の分野
この発明は、漏洩排出検出のための方法および装置に関し、特に、工業用バルブで使用するための漏洩排出検出構成に関するものの、それに限定されない。

発明への背景
工業用バルブは、製造、行政サービス、および他の産業において流体の流れを制御するために非常に広範にグローバルに使用されている。たとえば、工業用バルブは、石油およびガス、水および汚水、電力、船舶、採鉱、食品、製薬ならびに化学産業において使用される場合がある。工業用バルブは、漏れを最小限にするように設計されなけらばならない。特に、バルブは本質的にいくつかの非固定シールを必要とするため、それらは、どの工業用フローシステムにおいても潜在的な漏れの場所を提示するであろう。バルブ製造業者らはリスクを減少させるために自社の製品を常に改良しているが、これは漏れのすべてのリスクを排除できるとは限らない。そのような漏れは、利益／収益の損失、保守費用の増加、プロセスリスク／作業員に対するリスク、（環境に対する）汚染のリスク、および／または（流体／製品に対する）汚染のリスクの増加につながるおそれがある。

これらのリスクは、漏洩排出制御の原理に従った制御方法を実現することによって緩和され得る。数々の地域通達／条令によれば、漏洩排出制御に対する提案されたアプローチおよび／または成功事例を優先順に挙げると、以下のとおりとなり、
ｉ．漏れないまたは漏れ止め機器の選択による防止、
ｉｉ．漏れの検出についての監視、
ｉｉｉ．できるだけ速やかな漏れの修繕、
ｉｖ．漏れ防止業績の連続的向上、である。

この発明は、２番目の問題、すなわち、漏れの監視および検出に取組むよう直接意図されている。これは、当該技術分野において一般に「漏洩排出検出」と呼ばれる。しかしながら、３番目および４番目の原理は、漏洩排出制御および検出の実行によって直接影響を受ける、ということが理解されるであろう。そのため、効果的な漏洩排出検出システムがより広範な漏洩排出制御プロセスに多大な影響を与え得るということを、当業者であれば理解するであろう。

漏洩排出検出のために現在使用されている、および／または商業的に利用可能である、多くの既存のアプローチが存在する。

いくつかの手法は、労働集約的な手動検出に依拠している。たとえば、作業員／検査官が機器から異常な騒音がしないか耳をすます可聴騒音検出と、疑わしい漏れエリアにスプレーが噴霧され、漏れが存在する場合に目に見える気泡をもたらすガス漏れスプレーの使用と、または（おそらく予防保守プログラムの一環として）バルブが隔離され手動で検査される伝統的なバルブ隔離および検査とが挙げられる。明らかに、これらの方法は、労働集約的（専門家の熟練労働をしばしば必要とする）で、精度に限界があり、時間がかかる。

したがって、漏洩排出検出の分野における自動化または支援を求めるさまざまな開発があった。

検査員が手に持つか着用することで環境を測定し、排出を感知すると警告を発する、ガス漏れ検出装置が利用可能である。そのような「嗅覚性探知機」装置を使用する検査が、一定の間隔で実行されてもよい（間隔は安全性に基づいて定められる）。典型的には、そのような装置は、ユーザにとって有害になり得る危険なレベルの揮発ガスの検出に焦点を合わせている。

より一般的なシステムのうちの１つは、赤外線温度測定ツールを使用することである。これらのツールは、バルブの上流および下流の温度値を測定して比較する。ジュール・トムソン効果によれば、上流の温度と下流の温度とは等しくなければならない。そのため、これらの値間の相違は、漏洩排出の指標であり得る。しかしながら、この方法によってすべての漏れが検出できるとは限らない（漏れの中には、測定可能な温度差を引き起こさないものもある）。また、配管および取付具の外部温度読取値は、他の外部要因によって影響を受ける場合があり、それは、漏れに関する変化を全部検出する精度、さらには能力の損失をもたらす場合がある。

さらに別の検出システムは、（たとえば圧電装置を介した）バルブ内の乱れの間接測定を利用して、乱れの変動に基づいて漏れを判断することができる、アコースティックエミッションである。そのようなシステムは漏れの間接表示しか提供せず、特定のバルブへの大規模な調整を必要とする。たとえば、変化の検出をサポートするために、経験的データの大型データベースが必要とされ、検出における多くの変数が、特定のバルブおよびフロー条件の具体的で詳細な知識を必要とする。

最後に、超音波聴診器が、起こり得る漏れ経路を見つけるためにバルブに超音波を通過させるために使用されてもよい。この方法の効率は、現在未確認である。しかしながら、近くの騒音を除去するために聴取周波数を非常に慎重に選択しなければならないため、このアプローチには明らかな限界／困難がある。したがって、超音波聴診器の使用は、特別に訓練された熟練した作業員を必要とする。

このため、漏洩排出、特に、バルブに関連付けられた漏洩排出の検出を支援および／または自動化するための排出検出方法および／または装置を提供する要望が依然として存在する、ということが理解されるであろう。本発明の少なくともいくつかの実施形態は、上述の方法のうちのいくつかの方法の欠点のうちの少なくともいくつかに対処し得る代替的な排出検出システムを提供するよう意図されている。

発明の概要
この発明の一実施形態によれば、バルブ用のバルブ作動器であって、バルブ作動器は、
バルブ作動器ハウジングを含み、バルブ作動器ハウジングは、
バルブ作動器ハウジング内に規定され、使用中にバルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙を含み、空隙は一定の体積を有し、外部環境から封止されており、バルブ作動器はさらに、
漏洩排出検出器を含み、当該検出器は、
空隙の内部の流体の圧力および温度を測定するための少なくとも１つのセンサと、
プロセッサとを含み、プロセッサは、
少なくとも１つのセンサからデータを受信するための入力と、
入力に通信可能に接続されており、入力からデータを受信し、空隙内の温度および圧力の変化の比較によって空隙内の物質の量の変化を監視するように構成された処理部と、
プロセッサが空隙内の物質の増加を示す場合に漏洩排出の表示を提供するための出力とを含む、バルブ作動器が提供される。

この発明の一実施形態によれば、バルブであって、
使用中にバルブ部材を動かすためのバルブ作動ステムと、
バルブを少なくとも部分的に包囲し、バルブステム通路を規定する部分を含む、ハウジングとを含み、バルブはさらに、
ハウジング内に規定され、使用中にバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙を含み、空隙は一定の体積を有し、外部環境から封止されており、バルブはさらに、
漏洩排出検出器を含み、当該検出器は、
空隙の内部の流体の圧力および温度を測定するための少なくとも１つのセンサと、
プロセッサとを含み、プロセッサは、
少なくとも１つのセンサからデータを受信するための入力と、
入力に通信可能に接続されており、入力からデータを受信し、空隙内の温度および圧力の変化の比較によって空隙内の物質の量の変化を監視するように構成された処理部と、
プロセッサが空隙内の物質の増加を示す場合に漏洩排出の表示を提供するための出力とを含む、バルブが提供される。

この発明の一局面によれば、一体化されたバルブ漏洩排出検出構成を有する工業用バルブ作動器が提供される。

この発明の文脈では、一体化された漏洩排出検出構成は、バルブ作動器に少なくとも部分的に一体化された検出器を含むが、検出器はオプションで制御／監視ネットワークに一体化されてもよい、ということが理解され得る。いくつかの実施形態では、ローカル処理部がバルブ作動器に設けられてもよい。これに代えて、リモートプロセッサ（たとえば、複数の装置によって共有されるコンピュータ）が、当該プロセッサがネットワークを通してデータを受信する状態で利用されてもよい。

この発明のさらなる局面によれば、バルブ用のバルブ作動器であって、バルブ作動器は、
バルブ作動器ハウジングを含み、バルブ作動器ハウジングは、
バルブ作動器ハウジング内に規定され、使用中にバルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙と、
使用中にフランジに封止係合するように構成された封止面とを含み、フランジに搭載されると、フランジは空隙を外部環境から隔離するようにバルブに設けられてバルブステム通路を包囲し、バルブ作動器はさらに、
空隙における気体の状態を監視するための少なくとも１つのセンサを含む、バルブ作動器が提供される。

したがって、バルブ作動器は、一体化された漏洩排出検出構成を含んでいてもよい。
バルブは、工業用バルブであってもよい。

したがって、この発明の実施形態は、一体化されたバルブ漏洩排出検出構成を有するバルブ作動器を提供してもよい。

バルブ作動器は、バルブステムに係合して使用中にバルブを制御し作動させるための手段を提供するために通常工業用バルブに取付けられると当業者であれば理解するであろう任意の公知のタイプのバルブ作動器装置であってもよい。たとえば、バルブ作動器の最も単純な形は、単純な作動レバーまたはハンドホイールであってもよい。これに代えて、作動器はバルブアクチュエータであってもよく、たとえばバルブ作動器は、電気アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、または油圧アクチュエータのいずれかであってもよい。バルブ作動器はまた、バルブ作動システムにおける中間部品、たとえばギアボックスまたはアダプタであってもよい。そのような中間部品は、（バルブステムに係合するように）工業用バルブに取付けられ、次に、バルブアクチュエータなどに接続されてもよい。

そのようなさまざまなバルブ作動器は、ロトルク（Rotork）ＰＬＣグループの会社から容易に商業的に入手可能であるということに、当業者であれば気付くであろう。有利には、この発明の実施形態は、そのような公知の装置に、比較的最小の修正のみで容易に取入れられ得る。

この発明は、バルブおよび／またはバルブ作動器における固定シールが非常に確実である（そして、公称上完全なシールであると考えられ得る）一方、バルブステムで設けられるものなどの回転シールがやむを得ずそれほど確実ではない（したがって、典型的にはより多くの定期保守および検査を必要とする）という出願人の認識に少なくとも部分的に基づいている。そのため、バルブからの漏洩排出の漏れ経路が、最も抵抗が少ない経路として、バルブステム通路を通って（および、典型的には、ステムとバルブハウジングとの間の空間を閉鎖するために通路にわたって設けられた回転シールを通って）バルブ作動器まで進むであろうと予想することができる。

使用中にバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接する空隙を設けることにより、空隙は、そのような漏洩排出を受けるであろう。有利には、この発明の実施形態は、監視／検出がバルブ自体でではなくバルブ作動器で実行されるようにし、それは、ほぼ常により便利な場所および／または容易にアクセス可能な場所にあるであろう。たとえ実施形態がより便利な場所で検出が実行されるようにしたとしても、多くの先行技術の方法（赤外線温度またはアコースティックエミッションなど）とは異なり、この発明の実施形態は、漏れる流体の直接検査を可能にするということも、利点である。

さらに、（バルブは連続動作を必要とする流れの中にあるかもしれないものの）バルブ作動器は一般に容易に交換されるかまたはアップグレードされるということが理解されるであろう。たとえば、バルブ作動器は一般に、標準化されたバルブフランジ上への取付けのために構成され得る。このため、この発明の実施形態に従ったバルブ作動器は、既存の工業用バルブに容易に後付けされ得る。

特に、少なくとも１つのセンサは、空隙内の温度および圧力を測定してもよい。少なくとも１つのセンサは、バルブ作動器の内部に設けられてもよい。少なくとも１つのセンサは一般に、空隙の内部と直接通信していてもよい。

（理想気体の法則で表わされるように）ある体積における圧力および温度は、その体積内に存在する物質の量と直接関係する、ということが理解されるであろう。バルブ作動器における空隙の体積は既知である。また、体積は例示的には一定である。圧力および温度の測定は、空隙内の物質の量の変化の表示を提供するために使用され得る。バルブ上に設置される場合、空隙は一般に（工業用バルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接することを除き）封止されるため、空隙において検出されたいかなる変化も、バルブステムハウジングから漏れた（すなわち、バルブステムシールを越えて漏れた）ものと仮定され得る。このため、空隙における変化の検出は、バルブからの漏洩排出を示す直接的尺度として使用されてもよい。

空隙の有効体積が一定のままであることを保証するには、空隙をバルブステム通路からの漏れ経路と流体連通したまま保ちつつ、空隙と外部との間の良好な封止を保証することが重要である。この封止は、バルブのフランジとバルブ作動器の封止面との間の係合によって提供される。バルブ作動器の封止面は、少なくとも１つの弾性封止部材、たとえばＯリングを含んでいてもよい。弾性封止部材は、効果的な封止を提供するために、使用中にフランジおよび封止面の対向部分間で圧縮されてもよい。

この発明のいくつかの実施形態に従った漏洩排出検出構成は、（漏れを検出するために）チャンバ内の物質の量の変化（一般に増加）の実際の量を判断するというよりはむしろ、そのような変化を検出しさえすればよい。これは、実施形態の実現を単純化し得る。なぜなら、空隙の体積が一定であれば、実際の空隙体積を知ったり測定することは必要ではないためである。これはたとえば、製造における公差に起因して必要とされる誤差または較正を有利に排除し得る。

空隙には、過圧放出出口が設けられてもよい。放出出口は、空隙内の流体圧力が予め定められた公称の安全な圧力値を上回ることができないということを保証し得る。圧力が公称の安全な圧力値を上回った場合、過圧放出出口は、空隙からの流体が外部雰囲気へ放出されるようにするであろう。予め定められた公称の安全な圧力は、バルブ作動器に損傷が生じないことを保証するよう、十分に低くなるように選択され得る。予め定められた公称の安全な圧力は、漏洩排出検出の感度を上回るように選択され得る。そのため、通常動作では、漏洩排出は、システムが放出する必要性に先立ってシステムによって検出されると予想されるであろう（そして、ハウジング内の圧力が公称の安全な圧力に達する前に排出を防止するためのアクションが可能であり得る）。過圧放出出口はたとえば、選択された公称の安全な圧力に達したか上回った場合に放出を可能にするバルブまたは破裂膜を含んでいてもよい。

バルブ作動器はさらに、少なくとも１つのセンサからデータを受信し、それらが漏洩排出を示すかどうかを判断するためのプロセッサを含んでいてもよい。プロセッサはバルブ作動器に対してローカルであってもよく、または（たとえばネットワーク化されたシステムの一部として）リモートに位置付けられてもよい。プロセッサをローカルに位置付けることは、システムが（たとえば、冗長性が提供されるように監視または制御システムに信号を送信することに加えて）漏洩排出の検出のローカル表示を提供することを有利に可能にし得る。

プロセッサは、たとえば、少なくとも１つのセンサから空隙に関する圧力および温度測定値を受信し、空隙内の物質に変化が生じたかどうかを判断するために配置されてもよい。プロセッサは、たとえば、

を計算することによって変化を判断するように構成されてもよく、
式中、

は、モル数の比例的変化であり、
Ｐ_０は、元の空隙圧力（すなわち基準圧力）であり、
Ｐ_１は、現在の（測定された）空隙圧力であり、
Ｔ_０は、元の空隙温度（すなわち基準温度）であり、
Ｔ_１は現在の空隙温度である。

である場合、プロセッサは、漏洩排出の表示を提供してもよい。
Ｐ_０およびＴ_０の値は、装置がリセットされるとプロセッサによって記録されてもよい。たとえば、感知値を圧力および温度双方についての基準値としてプロセスに記録させるリセットボタンまたは機能が提供されてもよい。

バルブ作動器には、ネットワークモジュール（たとえば、プロセッサに接続された受信機／送信機）が設けられてもよい。これはたとえば、制御または監視ネットワークへの漏洩排出検出の一体化を可能にしてもよい。ネットワーク送信機は、たとえば、従来の有線または無線フィールドネットワークへと接続されるように構成されてもよい。たとえば、ネットワーク送信機は、ロトルクから入手可能であるパックスキャン（Pakscan）システムに適合するように構成されてもよい。

ネットワーク化された漏洩排出検出構成を提供することは、実況連続監視を有利に可能にし得る。また、システムは、バルブ誤差の迅速な通知またはフラグ立てを提供することによって、環境への漏洩排出を減少させ得る。

したがって、この発明のさらなる実施形態は、対応する複数のバルブのうちの１つに各々関連付けられたバルブ作動器を複数含む、バルブ監視システムであって、各バルブ作動器には一体的な漏洩排出検出構成が設けられている、バルブ監視システムを提供する。

バルブ監視システムは、有線または無線ネットワークを含んでいてもよい。バルブ監視システムは、中央コントローラを含んでいてもよい。

たとえば、各バルブ作動器は、この発明の実施形態に従ったバルブ作動器を含んでいてもよい。

この発明の実施形態におけるバルブ作動器は、バルブおよび／またはバルブ作動器の動作ステータスを検出するための追加のセンサ装置を含んでいてもよい。たとえば、バルブのストローク位置を判断するために、位置表示器が設けられてもよい。この情報は、（たとえばプロセッサにおける）位置センサからの監視されたデータと一体化されてもよい。これは、漏洩排出検出からのデータが追加の診断目的のために利用されることを可能にしてもよい。たとえば、監視または制御システムは、排出が起こっているバルブ動作の段階／位置を相関させるために、位置センサ情報を漏洩排出検出とともに利用できてもよい。

ハウジングを規定するバルブ作動器ハウジングは、バルブ作動器の部品を少なくとも部分的に収容してもよい。たとえば、それは鋳造ハウジングであってもよい。ハウジングはたとえば、必要な環境封止規格を満たすハウジングであってもよい。

この発明のさらなる局面によれば、バルブアクチュエータであって、
使用中に駆動シャフトを回転させるためのモータと、
駆動シャフトによって駆動され、使用中にバルブのバルブステムを駆動するために配置された出力と、
バルブアクチュエータハウジングとを含み、バルブアクチュエータハウジングは、
バルブアクチュエータハウジング内に規定され、使用中にバルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙と、
使用中にフランジに封止係合するように構成された封止面とを含み、フランジに搭載されると、フランジは空隙を外部環境から隔離するようにバルブに設けられてバルブステム通路を包囲し、バルブアクチュエータはさらに、
空隙における気体の状態を監視するための少なくとも１つのセンサを含む、バルブアクチュエータが提供される。

出力はギアを含んでいてもよい。ギアは、駆動シャフトに関連付けられたウォームによって駆動されてもよい。

この発明のさらなる局面によれば、バルブと、ここに説明されるようなバルブ作動器とを含む、バルブアセンブリが提供される。

商業的にはそれほど有用ではないかもしれないが、バルブアセンブリのバルブ作動器部分への漏洩排出検出の一体化という基本原理を変更することなく、バルブ作動器とバルブとを一体形成してもよいということを、当業者であれば理解するであろう。

したがって、さらなる局面では、この発明は、バルブを含むバルブアセンブリであって、バルブは、
バルブ部材と、
バルブ作動ステムと、
バルブを少なくとも部分的に包囲し、バルブステム通路を規定する部分を含む、ハウジングとを含み、バルブはさらに、
ハウジング内に規定された少なくとも１つの空隙を含み、空隙は、外部環境から隔離されており、バルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接しており、バルブはさらに、
空隙における気体の状態を監視するための少なくとも１つのセンサを含む、バルブアセンブリを提供してもよい。

バルブは、バルブステムから空隙を分離するバルブステムシールを含んでいてもよい。
バルブを少なくとも部分的に包囲するハウジングと、少なくとも１つの空隙を規定するハウジングとが、一体形成されてもよい。

この発明のさらなる局面によれば、バルブ用の漏洩排出検出構成を提供する方法であって、この方法は、
一体的な漏洩排出検出を含むバルブ作動器を提供するステップと、
バルブ作動器が漏洩排出用の漏れ経路にあるようにバルブ作動器をバルブに封止接続するステップと、
漏洩排出を検出するためにバルブ作動器内の流体の状態を監視するステップとを含む、方法が提供される。

この方法は、後付け方法であってもよい。したがって、バルブ作動器を提供するステップは、既存のバルブ作動器を取外す追加のステップを含んでいてもよい。

バルブ作動器は、たとえば、この発明の任意の実施形態に従ったバルブ作動器であってもよい。

方法はさらに、バルブ作動器を制御ネットワークに接続するステップを含んでいてもよい。

流体の状態を監視するステップは、漏洩排出の表示を提供するために、バルブ作動器の一部の内部の圧力および／または温度の変化を監視するステップを含んでいてもよい。

この発明を複数の実施形態および局面を参照して上に説明してきたが、それは、上にもしくは以下の説明または図面に述べられる特徴の任意の創造的組合せを含むということが理解されるべきである。

図面の説明
この発明の具体的な実施形態を、単なる例として、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。

この発明の一実施形態に従ったバルブおよびバルブ作動器を概略的に示す図である。 この発明の一実施形態に従ったバルブ作動器に設けられた漏洩排出検出構成の断面図を概略的に示す図である。 この発明の代替的な一実施形態に従ったバルブ作動器に設けられた漏洩排出検出構成の断面図を概略的に示す図である。

実施形態の説明
図１は、工業的用途における流体の流れを制御するために使用され得る典型的な工業用バルブアセンブリ１０を示す。たとえば、バルブアセンブリ１０は、石油およびガス、水および汚水、電力、船舶、採鉱、食品、製薬ならびに化学産業において使用され得る。バルブアセンブリは、バルブ作動ステム１４に接続されたバルブ部材１２を含むバルブ１０を含む。バルブは、たとえば、１／４回転バルブまたは多回転バルブ構成であってもよい。

バルブ部材１２とステム１４とは、ハウジング１６内に設けられている。ハウジング１６の上方部分はバルブステム通路１７を含み、フランジ１８で終わっている。少なくとも１つのステムシール１５がステム通路１７とステム１４との間に設けられており、使用中にバルブハウジング１６からの流体の漏れを防止するよう意図されている。（ステム１４は一般に、作動中に通路１７に対して回転するため）ステムシール１５は非固定シールであるため、それは、固定シール（たとえば、バルブハウジングと関連パイプまたは導管との間にあるもの）ほど確実でない封止を提供する。このため、バルブで漏れが生じると、ステムシール１５は最も抵抗が少ない経路であり、漏洩排出がシール１５を越えてステム通路１７から排出されると予想されるであろう。

バルブアセンブリ１はまた、バルブ作動器２０を含む。バルブ作動器２０は、バルブステム１４の上部駆動部分に駆動係合しており、使用中にバルブ部材１２を制御し作動させるための手段を提供する。バルブ作動器２０は、フランジ１８を介してバルブハウジング１６に接続されるように配置されたバルブ作動器ハウジング２２内に設けられている。バルブ作動器は、その最も単純な形において、（関連ギア構成を含み得る）ハンドホイールなどの手動作動器であってもよい。図１の例では、バルブ作動器は、電気バルブアクチュエータ（たとえば、ロトルク・コントロールズ・リミテッド（Rotork Controls Limited）から入手可能なＩＱアクチュエータレンジのうちの１つ）を表わす。いくつかの実施形態では、バルブ作動器はまた、バルブ作動システムにおける中間部品であってもよく、たとえば、ステム１４に駆動係合するようにバルブフランジ１８に接続されるものの、次に、中間部品への動力供給／中間部品の制御を行なうためのさらに別のアクチュエータを受ける、ギアボックスまたはアダプタであってもよい。

図２の概略部分断面図において最も良く見えるように、この発明の実施形態によれば、バルブ作動器２０には、一体的な漏洩排出検出システムが設けられている（その部品および動作を以下に説明する）。

バルブ作動器２０は、任意の従来の態様でバルブフランジ１８に接続される。バルブ作動器ハウジング２２の合わせ面は、バルブフランジの対応する上面に当接する封止面２３を提供する。封止面には、少なくとも１つの封止部材２４、たとえば、くぼみ２５に受けられたＯリングが設けられている。バルブ作動器２０がバルブハウジング１６上に搭載された状態で、封止構成は、バルブステム通路１７の上端の周りに封止を効果的に形成する。

バルブ作動器２０には、ハウジング２２の内部に規定された空隙３０が設けられている。空隙３０は、任意の便利な形状または輪郭を有していてもよい。空隙３０の形状は特定のバルブ作動器２０に依存し、たとえば、複数の連結されたサブ空隙またはチャンバから形成されてもよい。しかしながら、特定の輪郭にかかわらず、バルブ作動器がバルブ１０上に設置される場合に、空隙３０の少なくとも一部分３２は、バルブステム通路１７と隣接していなければならない。フランジ１８および封止面２３（固定シールであり、そのため、公称上完全な封止を可能にすると考えられ得る）の周りの封止により、ハウジング２２によって規定された空隙３０は、漏洩排出がステムシール１５を越えて漏れる場合、ステム通路１７からの（隣接部分３２を介した）唯一の出口である。

危険な圧力レベルが空隙３０内に生じることを防止するために、通常封止された空隙３０の外部雰囲気への放出を可能にするための過圧出口３４が設けられる。通常動作中、バルブまたは破裂膜などの圧力制御器３５は、作動器２０のハウジング２２内の圧力についての公称上の安全値に基づく予め定められた圧力でのみ放出が生じるように、過圧出口３４を閉鎖する。通常動作中、漏洩排出構成の動作は、過圧出口３４の存在による影響を受けないであろう。なぜなら、漏洩排出検出の感度は、過圧状況をもたらすために必要とされるであろう漏洩排出のレベルを大きく下回るように選択され得るためである。

温度センサ４２および圧力センサ４４がバルブ作動器２０内に設けられ、空隙３０内の流体の直接監視を可能にするように構成されている。温度センサ４２および圧力センサ４４は、空隙３０内の状態についての情報をプロセッサ４０（たとえばロジックソルバーであってもよい）に提供する。図示された実施形態では、プロセッサ４０は、バルブ作動器２０と一体化してローカルに設けられる。しかしながら、これに代えて、プロセッサを含み得るリモート制御または監視場所へ未加工データを送信してもよい、ということが理解されるであろう。オプションで、バルブ作動器には、エンコーダデバイス４２に接続され得るバルブ位置センサ４６などの追加のステータスセンサが設けられてもよい。

複数のバルブ装置の監視と好ましい実況連続監視とを可能にするために、プロセッサ４０には、リモート監視システム５５とインターフェイス接続するためのネットワークモジュールまたは送信機が設けられてもよい。たとえば、プロセッサは、有線または無線システムであり得るフィールドネットワーク５５を介して接続してもよい。

一実施形態に従ったバルブ作動器２０がいったんバルブ１０上に設置されると、センサ４２、４４によって提供された圧力および温度情報が、漏洩排出を検出するためにプロセッサ４０によって利用されてもよい。

プロセッサは、理想気体の法則を利用する：
ＰＶ＝ｎＲＴ
式中、
Ｐ 圧力（Ｐａ）
Ｖ 体積（ｍ３）
ｎ 化学量（モル）
Ｒ 理想気体定数
Ｔ 温度（Ｋ）である。

バルブ作動器２０では、空隙３０の体積Ｖは一定である。また、漏洩排出検出は、漏れを検出するために、モル数の比例的変化（すなわち、絶対数ではない）を判断しさえすればよい。このため、以下の式を導き出すことができる：

式中、

は、モル数の比例的変化であり、
Ｐ_０は、元の空隙圧力（すなわち基準圧力）であり、
Ｐ_１は、現在の（測定された）空隙圧力であり、
Ｔ_０は、元の空隙温度（すなわち基準温度）であり、
Ｔ_１は現在の空隙温度である。

である場合、漏れはない。
その結果、プロセッサ４０は、バルブ作動器内のセンサ４２および４４によって提供されるＰおよびＴについての読取値を使用して、空隙３０内のｎの比例的変化を計算してもよい。通常動作では空隙は封止されるため、検出されたｎの変化は、バルブステム通路１７から空隙３０に入る漏洩排出を示すであろう。

空隙の体積は一定であると仮定することにより、プロセッサ４０は圧力および温度の変化を測定しさえすればいいため、異なるバルブおよびバルブ作動器に対するこの発明の実施形態の実現が非常に単純化される、ということに留意することが重要である。

この発明の代替的な一実施形態を図３に示す。この実施形態では、間隔をあけた１対の封止構成をシャフト１４’上に設けることにより、空隙３０’がフランジ１８’よりも下に形成される。シャフト１４’は、アクチュエータから延在し、使用中にバルブステムに接続される出力であってもよい、ということが理解されるであろう。シャフト１４’は、バルブステムと一体的であってもよい。本発明の文脈では、シャフト１４’はバルブ作動器であると考えられ得るということを、当業者であれば理解するであろう。

シャフト１４’は、バルブのバルブステム通路に隣接しているシャフトハウジング２２’内に含まれる。シャフトハウジング２２’と、シャフト１４’の長さに沿って軸方向に間隔をあけた１対の封止要素とによって、空隙３０’がシャフト１４’の周りに形成される。図示された実施形態では、封止要素は、パック１９’によって形成された一次シールと、二次シール（従来のシャフトシールであってもよい）１５’とを含む。パック１９’はシャフトシール１５’よりも下に位置付けられているが、ハウジング２２’およびシャフト１４’の特定の構成に依存して、シールの順序／タイプが逆であってもよい、ということが理解されるであろう。このため、一定の体積を有する環状の空隙３０’が、シャフト１４’、ハウジング２２’、シール１５’および１９’間に規定される。

センサ４２’および４４’が設けられて、空隙３０’内の温度および圧力を測定する（ただし、これに代えて、圧力および温度の双方を感知するための単一のセンサが配置されてもよいということが理解されるであろう）。前述の実施形態と同様に、チャンバ内の圧力および温度に関するセンサからのデータがプロセッサに提供されて、圧力の変化および温度の変化が、空隙内の物質（すなわち流体の量）の変化を示して漏洩排出の表示を提供するために使用されてもよい。

この発明の範囲から逸脱することなく、第１の実施形態の他の特徴を第２の実施形態に取入れてもよい、ということが理解されるであろう。たとえば、空隙３０’には、過剰漏洩排出の場合に制御された排出を可能にするための過圧放出口が設けられてもよい。また、ハウジング２２’はバルブハウジングと一体形成されてもよく、または、任意の便利な態様で（適切な封止が提供される状態で）ハウジングに取付けられてもよい、ということが理解されるであろう。

この発明の実施形態は、バルブ作動器が一体化された漏洩排出検出構成を含む有利な構成を提供し得るということが、上述の説明から理解されるであろう。実施形態の利点は、下記のうちの１つ以上を含んでいてもよい：
・準備後、労働入力が不要である。情報は、フィールドネットワーク（有線または無線）を介して適切な担当者へ中継される。この情報は、実況および連続的であろう；
・漏れている流体の直接検出；
・実施形態は、改良されたより効果的な資産管理につながり得る診断ツールとして使用され得る；
・実施形態は、適切な担当者への迅速な通知を介して、漏洩排出によって環境に放出される流体の体積を減少させるのに役立ち得る。これは、漏れの重大度の著しい減少と、漏れる機器の適時の修復または交換とにつながり得る；
・検出は、以前の経験的なデータに依拠しない；
・予防保守の必要性を最小限にする；
・バルブの特定の知識を必要としない；
・外部雑音の影響を受けない；
・さまざまな流体に使用可能である；
・バルブ動作に干渉しない（すなわち、生産プロセスに影響しない）。

好ましい実施形態を参照してこの発明を上述してきたが、添付された請求項で定義されたようなこの発明の範囲から逸脱することなく、さまざまな変更または修正が行なわれ得るということが理解されるであろう。たとえば、説明された実施形態は漏洩排出を検出するために単一の空隙を利用しているが、冗長性を必要とするシステムでは、複数の空隙を規定し、各空隙にこの発明の方法論を独立して適用することが可能であり得るということを、当業者であれば容易に想定できるであろう。

である場合、プロセッサは、漏洩排出の表示を提供してもよい。
Ｐ_０およびＴ_０の値は、装置がリセットされるとプロセッサによって記録されてもよい。たとえば、感知値を圧力および温度双方についての基準値としてプロセッサに記録させるリセットボタンまたは機能が提供されてもよい。

この発明のさらなる局面によれば、バルブ用の漏洩排出検出構成を提供する方法であって、この方法は、
一体的な漏洩排出検出構成を含むバルブ作動器を提供するステップと、
バルブ作動器が漏洩排出用の漏れ経路にあるようにバルブ作動器をバルブに封止接続するステップと、
漏洩排出を検出するためにバルブ作動器内の流体の状態を監視するステップとを含む、方法が提供される。

バルブアセンブリ１０はまた、バルブ作動器２０を含む。バルブ作動器２０は、バルブステム１４の上部駆動部分に駆動係合しており、使用中にバルブ部材１２を制御し作動させるための手段を提供する。バルブ作動器２０は、フランジ１８を介してバルブハウジング１６に接続されるように配置されたバルブ作動器ハウジング２２内に設けられている。バルブ作動器は、その最も単純な形において、（関連ギア構成を含み得る）ハンドホイールなどの手動作動器であってもよい。図１の例では、バルブ作動器は、電気バルブアクチュエータ（たとえば、ロトルク・コントロールズ・リミテッド（Rotork Controls Limited）から入手可能なＩＱアクチュエータレンジのうちの１つ）を表わす。いくつかの実施形態では、バルブ作動器はまた、バルブ作動システムにおける中間部品であってもよく、たとえば、ステム１４に駆動係合するようにバルブフランジ１８に接続されるものの、次に、中間部品への動力供給／中間部品の制御を行なうためのさらに別のアクチュエータを受ける、ギアボックスまたはアダプタであってもよい。

温度センサ４２および圧力センサ４４がバルブ作動器２０内に設けられ、空隙３０内の流体の直接監視を可能にするように構成されている。温度センサ４２および圧力センサ４４は、空隙３０内の状態についての情報をプロセッサ４０（たとえばロジックソルバーであってもよい）に提供する。図示された実施形態では、プロセッサ４０は、バルブ作動器２０と一体化してローカルに設けられる。しかしながら、これに代えて、プロセッサを含み得るリモート制御または監視場所へ未加工データを送信してもよい、ということが理解されるであろう。オプションで、バルブ作動器には、エンコーダデバイスに接続され得るバルブ位置センサ４６などの追加のステータスセンサが設けられてもよい。

複数のバルブ装置の監視と好ましい実況連続監視とを可能にするために、プロセッサ４０には、リモート監視システム５０とインターフェイス接続するためのネットワークモジュールまたは送信機が設けられてもよい。たとえば、プロセッサは、有線または無線システムであり得るフィールドネットワーク５５を介して接続してもよい。

Claims (19)

1. バルブ用のバルブ作動器であって、前記バルブ作動器は、
   バルブ作動器ハウジングを含み、前記バルブ作動器ハウジングは、
   前記バルブ作動器ハウジング内に規定され、使用中に前記バルブのバルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙を含み、前記空隙は一定の体積を有し、外部環境から封止されており、前記バルブ作動器はさらに、
   漏洩排出検出器を含み、前記検出器は、
   前記空隙の内部の流体の圧力および温度を測定するための少なくとも１つのセンサと、
   プロセッサとを含み、前記プロセッサは、
   前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するための入力と、
   前記入力に通信可能に接続されており、前記入力から前記データを受信し、前記空隙内の温度および圧力の変化の比較によって前記空隙内の物質の量の変化を監視するように構成された処理部と、
   前記プロセッサが前記空隙内の物質の増加を示す場合に漏洩排出の表示を提供するための出力とを含む、バルブ作動器。
2. 前記バルブは、工業用バルブである、請求項１または２に記載のバルブ作動器。
3. 前記少なくとも１つのセンサは、前記空隙の内部と直接通信している、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
4. 前記少なくとも１つの空隙には、過圧放出出口が設けられている、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
5. 前記プロセッサは、前記バルブ作動器に対してローカルである、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
6. 前記バルブ作動器は、ネットワークモジュールをさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
7. 前記バルブ作動器ハウジングは、使用中にフランジに封止係合するように構成された封止面をさらに含み、前記フランジに搭載されると、前記フランジは前記空隙を前記外部環境から隔離するように前記バルブに設けられて前記バルブステム通路を包囲する、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
8. 前記バルブ作動器の前記封止面は、少なくとも１つの弾性封止部材を含む、請求項７に記載のバルブ作動器。
9. 前記プロセッサは、前記空隙内の温度の変化に対する圧力の変化を監視することによって変化を判断するように構成されている、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
10. 前記プロセッサは、
    

    

    を計算することによって比例的変化を判断するように構成され、
    式中、
    

    

    は、モル数の比例的変化であり、
    Ｐ_０は、元の空隙圧力（すなわち基準圧力）であり、
    Ｐ_１は、現在の（測定された）空隙圧力であり、
    Ｔ_０は、元の空隙温度（すなわち基準温度）であり、
    Ｔ_１は現在の空隙温度である、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
11. 前記バルブおよび／またはバルブ作動器の動作ステータスを検出するための追加のセンサ装置をさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
12. 使用中に駆動シャフトを回転させるためのモータと、前記駆動シャフトによって駆動され、使用中にバルブのバルブステムを駆動するために配置された出力とをさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器。
13. 前記出力はギアを含み、前記ギアはたとえば、前記駆動シャフトに関連付けられたウォームによって駆動され得る、請求項１２に記載のバルブ作動器。
14. 対応する複数のバルブのうちの１つに各々関連付けられた、先行する請求項のいずれか１項に記載のバルブ作動器を複数含む、バルブ監視システム。
15. 有線または無線ネットワークをさらに含む、請求項１３に記載のバルブ監視システム。
16. バルブと、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバルブ作動器とを含む、バルブアセンブリ。
17. 工業用バルブからの漏洩排出を検出する方法であって、前記方法は、
    一定の内部体積を有する空隙を有するハウジングを設けるステップを含み、前記空隙は、前記バルブのバルブステム通路からの漏れ経路と流体連通しており、前記方法はさらに、
    前記空隙を外部環境から隔離するステップと、
    前記空隙内の圧力および温度を測定するステップと、
    検出された前記空隙内の圧力の変化および温度の変化を使用して、前記空隙における物質の量の変化について監視するステップとを含む、方法。
18. 前記空隙における物質の量の比例的変化を導き出すステップは、
    

    

    を計算するステップを含み、
    式中、
    

    

    は、モル数の比例的変化であり、
    Ｐ_０は、元の空隙圧力（すなわち基準圧力）であり、
    Ｐ_１は、現在の（測定された）空隙圧力であり、
    Ｔ_０は、元の空隙温度（すなわち基準温度）であり、
    Ｔ_１は現在の空隙温度である、請求項１７に記載の方法。
19. バルブであって、
    バルブ部材と、
    使用中に前記バルブ部材を動かすためのバルブ作動ステムと、
    前記バルブを少なくとも部分的に包囲し、バルブステム通路を規定する部分を含む、ハウジングとを含み、前記バルブはさらに、
    前記ハウジング内に規定され、使用中に前記バルブステム通路に少なくとも部分的に隣接するように位置付けられた、少なくとも１つの空隙を含み、前記空隙は一定の体積を有し、外部環境から封止されており、前記バルブはさらに、
    漏洩排出検出器を含み、前記検出器は、
    前記空隙の内部の流体の圧力および温度を測定するための少なくとも１つのセンサと、
    プロセッサとを含み、前記プロセッサは、
    前記少なくとも１つのセンサからデータを受信するための入力と、
    前記入力に通信可能に接続されており、前記入力から前記データを受信し、前記空隙内の温度および圧力の変化の比較によって前記空隙内の物質の量の変化を監視するように構成された処理部と、
    前記プロセッサが前記空隙内の物質の増加を示す場合に漏洩排出の表示を提供するための出力とを含む、バルブ。

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