JP5058788B2 - 流体流動制御装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は流体流動制御装置に関し、とりわけ、例えば発動シリンダ等、流体を動力とする装置を制御するバルブを備えるバルブアイランドに関する。本発明は気体制御弁およびハイドロリック制御弁に適用可能とするが、便宜上、本明細書は主として前者に言及する。
【背景技術】
【０００２】
現今、例えば生産機械においては、発動シリンダはすべて通常は１つのバルブアイランドに限り取り付けられる方向制御弁によってそれぞれ制御されるのがごく普通とされる。バルブアイランドのバルブは通常、関係するバルブを発動する電気信号を受けるソレノイドによって制御される。バルブアイランドはしたがって、加圧ガスを供給する気体ライン、ソレノイドに電力を与える電力ラインおよびバルブアイランドの作動を制御する電気通信ラインに接続される。このようなバルブアイランドはコンパクトであることを長所とするが、各個に電力、通信および気体ラインの接続を必要とする。したがって、幾つかのバルブアイランドを有する生産機械はそれらのバルブアイランドを作動させる供給ラインの比較的複雑なネットワークを必要とし、これがエンドユーザにとって設置が困難かつ経費が掛かる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
最近は、バルブアイランドは無線通信技術を利用してバルブアイランドのソレノイドの作動を制御するように構築されている。したがって、それらのバルブアイランドは通信ラインを必要としない。しかし、それらのバルブアイランドは依然気体ラインおよび電力ラインを要し、したがって複数のバルブアイランドのための支援ネットワークは依然として錯綜する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明により、当出願人は、少なくとも１つのバルブであって、前記少なくとも１つのバルブは電気的に作動可能なアクチュエータによって制御されるバルブと、複数の前記アクチュエータを制御する制御手段と、前記制御手段に信号を与える通信手段とを備える流体流動制御装置であって、前記装置は前記制御装置の流体流動から電気を発生させる発電手段を含み、それによって複数の前記アクチュエータ、前記制御手段および前記通信手段を作動させる流体流動制御装置を提供する。
【０００５】
この装置は、装置自体の電気要求をすべて自前で発生させるため、外部からの給電を必要としない。これは、本装置が例えば水流を制御する場合には、水の近辺では有害となり得る外部からの電気供給を要さないために、特に有利とされる。本装置は流体流動供給ラインから流体を受けることが好ましい。
【０００６】
通信手段は無線で作動することが好ましい。したがって、本制御装置が作動させる必要のある唯一の外部供給ラインは流体流動ラインのみとされる。流体流動供給ラインは、加圧ガスを供給する気体ラインもしくは作動液を供給するハイドロリックラインとすることが可能とされる。それによって、１つの供給ラインしか必要としないため、制御装置の設置が容易になる。この構成は、支援供給ネットワークの錯綜が著しく減少するので、とりわけ有利とされる。
【０００７】
通信手段は事業用のＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格もしくはＺｉｇＢｅｅ等の無線周波数規格を使用して無線で作動可能とされる。しかし、通信手段はＷｉ−Ｆｉ、赤外線、光学的もしくは超音波規格を使用しても作動可能とされる。
【０００８】
発電手段は流体流動供給ラインからの流体流動を使用して発電することが好ましい。
【０００９】
或いは、発電手段は前記または各バルブの排出からの流体流動を使用して発電する。したがって、制御装置は、通常は利用されない、気体システムの場合には大気中に排出される流体を使用する。ハイドロリックシステムの場合は、排出流体は通常利用されず、作動液溜めに戻るのみである。それによって制御装置の効率が向上する。
【００１０】
発電手段がバルブまたは複数のバルブの排出からの流体流動から発電する場合には、制御手段は、複数のアクチュエータ、制御手段および通信手段を作動させる電力をバルブまたは複数のバルブの排出からの流体流動が発電手段が発電するのに十分とされるまで供給する初期電源を含むことが可能とされる。初期電源は予め充電されたバッテリとすることが可能とされる。或いは初期電源は、当初発電するために発電手段により消耗されるのに適した容器入り圧縮流体としてもよい。初期電源は充電可能とされる。
【００１１】
本装置は、発電手段への２つの入力および１つの出力を有する選択弁を含み、第１入力は流体流動供給ラインから流体流動を受け、第２入力は前記少なくとも１つのバルブの排出から流体を受け、選択弁は前記入力のいずれが発電手段と連通するかを選択するのに適した制御装置とすることが好ましい。
【００１２】
選択弁はソレノイドによって発動するのが好ましい。したがって、選択弁は、いずれの流体流動が本装置で発電に使用されるかを選択するように電子的に制御される。選択弁は、デフォルトによって流体流動供給ラインが発電手段と連通するように付勢されることが好ましい。
【００１３】
選択弁のソレノイドは前記の発電手段から電力を供給されることが好ましい。したがって、ソレノイドに所要の電力が供給されると、ソレノイドは選択弁を発動させ、選択弁が切り換わって排出流体流動が発電手段に差し向けられる。これは、選択弁が高等な制御手段を要せず、本装置は、流体流動供給ラインからの流動によって複数のアクチュエータ、制御手段、通信手段および選択弁ソレノイドを作動させるのに十分な電力が発生されるや直ちに排出流体流動を利用する装置であるため、有利とされる。
【００１４】
発電手段は発電機に接続されたタービンを備えることが好ましい。
【００１５】
発電手段はアキュムレータに接続され、それによってアキュムレータは発電手段によって発生された電力を蓄えることが好ましい。アキュムレータはキャパシタもしくは充電可能なバッテリとすることが可能とされる。
【００１６】
整流器により、発電手段からの電気的出力がアキュムレータに入る前に整流することが可能とされる。
【００１７】
以下に、本発明を添付図面を参照して詳細に説明するが、それは単に例として示すにすぎない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、バルブアイランド１の形態の流体流動制御装置を示す。バルブアイランド１は、２つのエンドプレート３、４の間に相互接続された一連のバルブスライス２を備える。各バルブスライス２はバルブ（図示せず）およびソレノイド等、電気的に作動可能なアクチュエータ（図示せず）を収容する。バルブスライス２のバルブは、気体供給ライン（図示せず）からの流体流動を制御する。一方のエンドプレート３には、発電手段５およびアキュムレータ６が取り付けられる。発電手段５は、バルブアイランド１を介した流体流動を使用して作動する、知られた設計のタービン７を含む。発電手段５は、生成された電気エネルギーを蓄えるアキュムレータ６に接続される。
【００１９】
バルブアイランド１の概念図を図２に示すが、ここでは１つのバルブスライス２のみを示す。気体供給ライン８は供給ネットワークの一部を形成し、バルブアイランド１に外部から圧縮空気を供給する。外部供給ライン８は、バルブアイランド１に入るときに分岐して、入力供給ライン９およびバルブスライス供給ライン１０を形成する。分岐は空気の大部分がバルブスライス供給ライン１０に振り向けられるように付勢可能とされ、バルブスライス供給ライン１０はバルブアイランド１の各バルブスライス２に、入力ポート１１に接続するマニホルド（図示せず）を介して接続される。入力供給ライン９は選択弁１２に接続される。各バルブスライス２の排出ポート１４からの排出供給ライン１３もまた選択弁１２に接続される。
【００２０】
選択弁１２は、知られた構造の３ポート、２ポジションスプール弁であり、供給ライン９、１３からノズル１５への流路を制御する。したがって、選択弁１２は、バルブアイランド１の状態および作動によって入力流路９、１３を選択することが可能とされる。選択弁１２はデフォルトによってタービン７が入力供給ライン９からの流体により駆動されるように付勢される。選択弁１２はソレノイド２９によって発動する。
【００２１】
選択弁１２を離れる流体は流体流動をタービン７に差し向けるように設計されたノズル１５を通過する。さらに、ノズル１５の径はこれを通ってタービン７に当たることが可能とされる空気の量をバルブアイランド１の電気要件を発生させるのに十分とするように計算される。タービン７は円盤１６を備え、その湾曲した動翼１７は円盤の軸から半径方向に延び、円盤１６から立ち上がる。スピンドル１８はタービン７の軸から長手方向に延在し、発電機１９のアーマチュアを形成する。発電機１９は知られた構造のものとされ、アーマチュア１８は永久磁石２１を内面に取り付けた円筒状ハウジング２０内で回転する。
【００２２】
発電機１９は交流電流を発生させ、該電流は整流器２２によって整流される。アキュムレータ６は整流器２２から直流（ＤＣ）出力を受ける。アキュムレータ６は発電機１９によって発生された電気を蓄え、キャパシタもしくは充電可能なバッテリを備えることが可能とされる。アキュムレータから２つの出力ライン２３、２４が出る。第１出力ライン２３は選択弁１２のソレノイド２９に給電し、一方第２出力ライン２４は制御手段２７、通信手段２８および最終的に各バルブスライス２に給電する。
【００２３】
通信手段２８は、例えば生産機械類の多くのバルブアイランドおよび他のシステムを無線制御可能な遠隔管理システム（図示せず）から信号を受けるアンテナ３４を含む。通信手段２８は適切な通信規格を使用して事業用Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ或るいはＺｉｇＢｅｅ等の管理システムと通信する。通信手段はその電力をアキュムレータ６から出力ライン２４を介して受ける。
【００２４】
制御手段２７は通信手段２８に接続され、その電力を通信手段から得る。制御手段２７は通信手段２８から受けた制御信号を解釈するプリント回路基板を備える。制御手段２７は、次いで適切な信号を各バルブスライス２の各ソレノイド３２に送り、所望の作動を達成する。制御手段２７はバルブスライス２を越えてバルブアイランド１全長に亘ることが可能とされる。
【００２５】
バルブスライス２は本体３０を備え、これに供給入力ポート１１、排出ポート１４、出力ポート３１およびソレノイド３２を含む。ソレノイド３２はこれが発動すべきときに制御手段２７から電力を受け、ワイヤ（図示せず）によって制御手段に接続される。バルブスライス２はソレノイド３２によって発動するスプール弁を内蔵し、入力ポート１１と出力ポート３１の間で流動を制御する。
【００２６】
バルブアイランド１の設置時には、各バルブスライス２の出力ポート３１がバルブアイランド１が制御する装置（図示せず）に適切に接続される。したがってバルブアイランド１は、作動するためには気体供給ライン８に接続されるだけで足りる。図２には、バルブアイランドの、電力が無いスタートアップ状態を示す。選択弁１２はそのデフォルトポジションにあり、入力供給ライン９とノズル１５の連通状態を示す。入力供給ライン９からの空気の流れは、斯くして先ずタービン７に動力を与える。アキュムレータ６は発電機１９から十分な動力を供給されると、選択弁１２のソレノイド２９がバルブ１２を動かすのに要する電力を受ける。したがって、入力流体流動によって初期動力要求が発生されると、選択弁１２が切り換えられて発電手段５がバルブスライス２からの排出を使用することが可能とされ、バルブアイランド１のための電気が発生される。これは、発電手段５が十分な電力を発生させるとバルブアイランド１は入力気体圧力に影響を与えることなく作動するので、有利とされる。
【００２７】
バルブアイランド１に対する作動指示はアンテナ３４を介して通信手段２８によって無線で受信される。その指示は制御手段２７に回され、制御手段は指示を解釈し、バルブスライスソレノイド３２にバルブ（図示せず）の発動に要する電力を供給する。
【００２８】
例えば、バルブスライス２からの排出の流量が低下した場合には、タービン７を駆動するのに利用可能な空気が減少し、したがって電力生成が低下する。選択弁１２のソレノイド２９に十分な電気が供給されないときには、バルブ１２を付勢することによって該バルブがデフォルトポジションに切り換わり、入力供給ライン９がノズル１５に連通する。入力供給ライン９からの空気流は次いでタービン７に動力を与え、通信手段２８、制御手段２７およびバルブスライスソレノイド３２に電気供給を中断しないことが保証される。バルブアイランド１は、再び十分な動力が発生されてソレノイド２９が選択弁１２を切り換え、空気を排出ライン１３から受けるまで、引き続き入力供給ライン９から動力を与えられる。
【００２９】
付勢された選択弁１２はまた、気体エアライン８が遮断もしくは流動が低下した場合には、バルブアイランドがユーザ介入無く再始動されることを可能とするポジションにデフォルトすることを保証する。
【００３０】
１つの変更形態（図示せず）においては、選択弁は省かれ、入力供給ライン９が永続的にノズル１５に接続される。したがって、発電手段５は入力供給ライン９からの空気の流動のみを使用する。
【００３１】
さらに別の変更形態（図示せず）においては、選択弁１２はもとより入力供給ライン９も省かれる。気体供給ライン８は分岐せず、マニホルド（図示せず）を介して直接入力ポート１１に接続される。排出供給ライン１３は直接ノズル１５に接続され、排出が発電に使用される。この変更形態においては、バルブスライス２を経て排出供給ライン１３への空気流動を十分とするまで、初期動力源（図示せず）が通信手段２８および制御手段２７のための初期動力要求を発生させることが要求される。したがって、初期動力源（図示せず）はバルブアイランドが作用を開始しバルブアイランド１内の空気の流動を可能とするのに要する動力を与えるのみで、その後に排出供給ライン１３からの空気流動を使用してタービン７に動力を与え発電することが可能とされる。この初期動力源は、タービン７から排出し、それにより発電するのに適した圧縮流体容器とすることが可能とされる。バルブアイランド１は圧縮流体容器の充填手段を備え、圧縮空気を気体供給ライン８から得ることが可能とされる。或いは、初期動力源を例えばバッテリとして、排出供給ライン１３の空気流動をバルブアイランド１の動力要求生成に十分とするまで制御手段２７および通信手段２８に直接電力を与えることも可能とされる。バッテリは充電可能とし、発電手段５が排出から発電したら、アキュムレータ６から出力を受け、その出力を使用してバッテリを充電することが可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるバルブアイランドの斜視図である。
【図２】図１に示すバルブアイランドの概略図である。

Claims (26)

1. 少なくとも１つのバルブであって、入力ポート（１１）と、出力ポート（３１）と、排出ポート（１４）とを含み、電気的に作動可能なアクチュエータ（３２）によって制御される少なくとも１つのバルブと、複数の前記アクチュエータ（３２）を制御する制御手段（２７）と、前記制御手段に信号を与える通信手段（２８）とを備える流体流動制御装置であって、前記流体流動制御装置は前記排出ポート（１４）からの流体の流動から電気を発生させる発電手段（５）を含み、それによって一つ以上の前記アクチュエータ（３２）、前記制御手段（２７）および前記通信手段（２８）を作動させる流体流動制御装置。
2. 前記装置（１）は流体流動供給ライン（８）から流体を受ける請求項１に記載の流体流動制御装置。
3. 前記通信手段（２８）は無線で作動する請求項１または請求項２に記載の流体流動制御装置。
4. 前記流体流動供給ライン（８）を気体ラインとする請求項２に記載の流体流動制御装置。
5. 前記流体流動供給ライン（８）を液圧ラインとする請求項２に記載の流体流動制御装置。
6. 前記通信手段（２８）は無線周波無線通信を使用して作動する請求項３に記載の流体流動制御装置。
7. 前記通信手段（２８）はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格を使用し無線で作動する請求項３に記載の流体流動制御装置。
8. 前記通信手段（２８）はＺｉｇＢｅｅ規格を使用し無線で作動する請求項３に記載の流体流動制御装置。
9. 前記通信手段（２８）はＷｉ−Ｆｉ規格を使用し無線で作動する請求項３に記載の流体流動制御装置。
10. 前記発電手段（５）は前記流体流動供給ライン（８）からの流体流動を使用して発電する請求項２に記載の流体流動制御装置。
11. 前記制御手段（２７）は、一つ以上の前記アクチュエータ（３２）、前記制御手段（２７）および前記通信手段（２８）を作動させる電力を前記バルブまたは複数のバルブの前記排出ポート（１４）からの流体流動が前記発電手段（５）が発電するのに十分とされるまで供給する初期電源を含む請求項１に記載の流体流動制御装置。
12. 前記初期電源を予め充電されたバッテリとする請求項１１に記載の流体流動制御装置。
13. 当初発電するために前記発電手段（５）により消耗されるのに適した容器入り圧縮流体を更に備える請求項１に記載の流体流動制御装置。
14. 前記初期電源を充電可能とする請求項１１または請求項１２に記載の流体流動制御装置。
15. 前記装置は前記発電手段（５）への２つの入力（９、１３）および１つの出力（１５）を有する選択弁（１２）を含み、前記２つの入力（９、１３）のうちの入力（９）は前記流体流動供給ライン（８）から流体流動を受け、前記２つの入力（９、１３）のうちの入力（１３）は前記少なくとも一つのバルブの排出ポート（１４）から流体を受け、前記選択弁（１２）は前記入力（９、１３）のいずれが前記発電手段（５）と連通するかを選択するのに適した請求項２に記載の流体流動制御装置。
16. 前記選択弁（１２）はソレノイド（２９）によって発動する請求項１５に記載の流体流動制御装置。
17. 前記選択弁（１２）は、前記流体流動供給ライン（８）と前記排出ポート（１４）のいずれの流体流動が前記流体流動制御装置で発電に使用されるかを選択するように電子的に制御される請求項１６に記載の流体流動制御装置。
18. 前記選択弁（１２）は、デフォルトによって前記流体流動供給ライン（８）が前記発電手段（５）と連通するように付勢される請求項１５から１７のいずれかに記載の流体流動制御装置。
19. 前記選択弁（１２）の前記ソレノイド（２９）は前記発電手段（５）から電力を供給される請求項１６又は１７に記載の流体流動制御装置。
20. 前記発電手段（５）は発電機（１９）に接続されたタービン（７）を備える請求項１に記載の流体流動制御装置。
21. 前記発電手段（５）はアキュムレータ（６）に接続され、それによって前記アキュムレータ（６）は前記発電手段（５）によって発生された電力を蓄える請求項１に記載の流体流動制御装置。
22. 前記アキュムレータ（６）をキャパシタとする請求項２１に記載の流体流動制御装置。
23. 前記アキュムレータ（６）を充電可能なバッテリとする請求項２１に記載の流体流動制御装置。
24. 前記発電手段（５）からの電気的出力を前記アキュムレータ（６）に入る前に整流器（２２）が整流する請求項２１から２３のいずれかに記載の流体流動制御装置。
25. 前記流体流動制御装置は水流を制御する請求項１に記載の流体流動制御装置。
26. 前記流体流動制御装置は気体の流動を制御する請求項１に記載の流体流動制御装置。

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