JP5767793B2 - 排気圧力／流量コントローラ - Google Patents

Description

本発明は、局所排気装置や乾燥機等の排気圧力や排気流量を制御する排気圧力／流量コントローラに関する。

一般に、各種研究所や半導体製造工場、化学工場等には、有害ガスや臭気等の拡散を防止するために、ドラフトチャンバー等の局所排気装置が設けられている。

この局所排気装置は一般に、ダクトの下流側に設けられたファンにより、有害ガスをフードから吸引させる。フードから吸引された有害ガスは、除害処理を行った後、ダクトを通じてファンに送られ、ファンの下流側に設けられた排気ダクトから大気中に排出される。このような局所排気装置のダクトには、排気圧力を制御するためのダンパーが介装されているのが一般的である。

図９は、従来の局所排気装置の一例を示す構成図である。図９中、８０１はフードである。フード８０１は、ダクト８０３ａ、８０３ｂを介してファン８０５の吸引側に接続されている。ファン８０５の排出側には、排気ダクト８０７が接続されている。ダクト８０３ａと８０３ｂとの間には、ダンパー９００が介装されている。９０１はダンパー９００を構成するハウジングであり、その両端開口部はそれぞれダクト８０３ａ、８０３ｂの一端と気密に接続されている。

図１０は、従来のダンパー９００の一例を示す構成図である。図１０中、９０１は、両端開口の筒状のハウジングであり、その筒内には円盤状の弁体ディスク９０３が弁軸９０４の回りに沿って回動可能に取り付けられている。弁体ディスク９０３は、アクチュエータ９０５により回動される。弁体ディスク９０３の回動に応じて弁の開度は変化する。これにより、ハウジング９０１の両端に接続されるダクトの排気圧力や排気流量を調整する。即ち、排気圧力を下げたい場合（負圧を大きくしたい場合）には弁体ディスク９０３を回動させてダクト内の流路を広くし、排気圧力を上げたい場合（負圧を小さくしたい場合）にはダクト内の流路を狭くする。同様に排気流量を増やしたい場合には弁体ディスク９０３を回動させてダクト内の流路を広くし、排気流量を減らしたい場合にはダクト内の流路を狭くする。

特許文献１には、このようなダンパーを用いて構成する流量制御バルブが記載されている。このダンパーは、以下に記載する問題を有している。

排気圧力や排気流量は、弁体ディスクの回動により生じる弁体ディスクとハウジングとのクリアランスで調整される。僅かなクリアランス変化に対し、調整量の変動が大きいため、圧力センサや流量計でのフィードバック制御に際するＰＩＤ等の制御定数を求めることが容易でない。また、条件によっては、弁体ディスクの回動が収束せずに設定した圧力値や流量値に対し、実値が設定値前後で変動する。

また、弁体ディスクを回転させるためにハウジング外部にアクチュエータが必要になり、ダンパー装置が大型化、重量化する。摺動部を有するため、耐久性に乏しい場合もある。さらに、アクチュエータによる弁体ディスクの回転角度を細かく制御できるように構成する場合、ダンパー装置が高価格になる。

特開２００９−３１８６６

本発明は、排気圧力、排気流量を制御するコントローラであって、高い制御性を有し、小型で耐食性、耐久性に優れる排気圧力／流量コントローラを提供することを目的とする。

本発明者は、排気圧力／流量コントローラの駆動部分にゴム膨張バルブを用いることに想到した。このゴム膨張バルブは、構成部品が少なく小型で、ダンパー制御を精度良く行うことが可能であり、摺動部を有さないため耐久性、耐食性にも優れることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。

〔１〕
貫通流路を有する硬質なボディと、前記貫通流路内に配置される膨張部材と、少なくとも前記膨張部材を含んで形成される気密空洞と、を有するバルブと、
前記貫通流路内の圧力及び／又は流量を測定する圧力／流量計測手段と
前記気密空洞に制御用気体を給気又は排気することにより、前記膨張部材を膨張又は収縮させて前記貫通流路の流路断面積を変化させる給排気制御手段と、
を有することを特徴とする排気圧力／流量コントローラ。

〔２〕
前記バルブが
貫通流路を有する硬質なボディと、
前記貫通流路の流路方向とその軸心とを平行にして前記貫通流路内に挿入され、その両端側が前記ボディに形成される貫通流路の貫通方向における両端側と気密に接続される筒状のゴム製チューブと、
からなる〔１〕に記載の排気圧力／流量コントローラ。

〔３〕
前記圧力／流量計測手段が差圧センサを用いており、前記差圧センサをパージする機構を備える圧力／流量計測手段である〔１〕に記載の排気圧力／流量コントローラ。

本発明の排気圧力／流量コントローラ（以下、「本排気圧力／流量コントローラ」ともいう）はダンパー制御を精度良く行うことが可能であり、摺動部を有さないため耐久性、耐食性にも優れる。

図１は、本排気圧力／流量コントローラの一構成例を示す説明図である。 図２は、ゴム膨張バルブの内部構造の一例を示す説明図である。 図３(ａ)〜(ｃ)は、ゴム膨張バルブの貫通流路の流路方向に直交する面を示す断面図である。 図４は、本排気圧力／流量コントローラの駆動部の構造を示す（ａ）が正面図、（ｂ）が側面図、（ｃ）が背面図である。 図５は、本発明の排気圧力／流量コントローラを組み込まれて構成される局所排気装置の一例を示す構成図である。 図６は、ゴム膨張バルブの内部構造の他の例を示す断面図である。 図７は、本排気圧力／流量コントローラの他の構成例を示す説明図である。 図８は、差圧式流量計の構成例を示す部分断面図である。 図９は、従来の局所排気装置の一例を示す構成図である。 図１０は、従来のダンパーの一構成例を示す構成図である。

以下、２つの実施態様を挙げて本発明を詳細に説明する。

〈第１実施態様〉
図１は本発明の排気圧力／流量コントローラの一構成例を示す説明図である。図１中、１００は排気圧力コントローラである。この排気圧力コントローラ１００は、駆動部７０とこれを制御する給排気コントローラ３３及び圧力計測部３８とから構成される。

駆動部７０は、貫通流路７１が形成されているハウジング２１と、ハウジング２１の貫通流路７１の流れ方向両端部に形成されているダクト接続部１７、３１と、ハウジング２１内に装填されているゴム膨張バルブ５０とから構成される。

ダクト接続部１７、３１は筒状であり（図１においては円筒形状）、それぞれ一端（ダクトと接続される側）が開口し、他端はハウジング２１の貫通流路７１の両端でハウジング２１にそれぞれ気密に接続されている。

ダクト接続部１７には、ダクト内の貫通流路と連通する圧力検出孔１９が形成されている。圧力検出孔１９には接続口２５を介してパージ管２９の一端が取り付けられている。パージ管２９の他端は、圧力計測部３８に取り付けられている。圧力計測部３８には差圧センサが内蔵されており（不図示）、供給管３７の一端が接続されている。供給管３７の他端は圧力源（不図示）に接続されている。

給排気コントローラ３３には供給管３５の一端が接続されている。供給管３５の他端は圧力源（不図示）に接続されている。

ハウジング２１には、給排気管接続口２３が形成されており、この給排気管接続口２３には給排気管２７の一端が取り付けられている。給排気管２７の他端は給排気コントローラ３３に接続されている。

ハウジング２１内にはゴム膨張バルブ５０が装填されている。図２は、ゴム膨張バルブ５０の内部構造を示す説明図である。図２中、１１はステンレスなどの硬質な材料からなり、両端に開口を有する円筒形状のバルブボディである。１３は両端開口の円筒形状のゴム製チューブ（膨張部材）である。ゴム製チューブ１３は、その開口方向をバルブボディ１１の開口方向と同一にしてバルブボディ１１の円筒内に挿入されている。

ゴム製チューブ１３の両端部は、バルブボディ１１の両端部と気密に接続されている。これにより、バルブボディ１１の内周面とゴム製チューブ１３の外周面との間に気密な空洞１２が形成される。バルブボディ１１には、空洞１２内に制御用気体を給排気させる給排気口１４が形成されている。この給排気口１４から制御用気体を給排気させることにより、ゴム製チューブ１３を膨張又は収縮させることができる。

次にこのゴム膨張バルブ５０の動作を説明する。図３ａ〜ｃは、ゴム膨張バルブ５０の貫通流路１５の流路方向に直交する面を示す断面図である。図３ａは、ゴム膨張バルブ５０の空洞１２内に制御用気体が給気されていない状態である。この状態においては、バルブボディ内周面に、チューブ１３の外周は密着しており、従って貫通流路１５の断面積は最大に拡がっている（最大流路断面積値）。この状態から、空洞１２内に制御用気体を給気していくとゴム製チューブ１３は膨張し、これにより貫通流路１５の流路断面積が減少する（図３ｂ）。この状態からさらに空洞１２内に制御用気体を給気していくと、ゴム製チューブ１３はさらに膨張し、貫通流路１５の流路断面積がさらに減少する（図３ｃ、最小流路断面積値）。一方、空洞１２内の制御用気体を排気していくとゴム製チューブ１３の収縮により貫通流路１５の流路断面積が増大する。上記最大流路断面積値は最小流路断面積値の２倍以上であり、５倍以上が好ましい。

給排気コントローラ３３（給排気制御手段）の内部には電空変換器、比較制御回路が内蔵されており（不図示）、圧力計測部３８で計測される圧力値が設定圧力値と一致するように駆動部７０を制御する。すなわち、ゴム膨張バルブ５０に制御用気体を給排気することにより、ゴム膨張バルブ５０に形成される貫通流路１５の流路断面積を自在に制御している。

この排気圧力コントローラ１００は局所排気装置に組み込まれて使用される。図５は、本発明の排気圧力コントローラ１００が組み込まれて構成される局所排気装置の一例を示す構成図である。図５中、５０１はフードである。フード５０１は、ダクト５０３ａの一端に接続され、ダクト５０３ａの他端は、ダクト接続部１７に接続されている。ダクト接続部３１には、ダクト５０３ｂの一端が接続され、ダクト５０３ｂの他端は、ファン５０５の吸引側に接続されている。ファン５０５の排出側には、排気ダクト５０７の一端が接続され、排気ダクト５０７の他端は開放されている。

フード５０１から吸引される有害ガスは、ダクト５０３ａ、５０３ｂを通って、ファン５０５へ移動し、排気ダクト５０７から大気に放出される。この際、排気圧力コントローラ１００により、排気圧力は適宜調整される。

排気圧力コントローラ１００の上流側（ダクト５０１側）の排気圧力を上げる場合（負圧を小さくする場合）には、ゴム膨張バルブ５０の流路断面積を小さくする。圧力源から供給管３５を経由して給排気コントローラ３３に供給される圧縮気体（制御用気体）は、給排気管２７を通ってハウジング２１に送られる。ハウジング２１に送られた制御用気体は、ゴム膨張バルブ５０の空洞１２内に供給され、ゴム製チューブ１３を膨張させ、この状態を保持させる。これにより、流路１５の流路断面積は小さくなる。

排気圧力コントローラ１００の上流側（ダクト５０１側）の排気圧力を下げる場合（負圧を大きくする場合）には、ゴム膨張バルブ５０の流路断面積を大きくする。ゴム膨張バルブ５０の空洞１２内に供給されている制御用気体を空洞１２内から外部に排出させる。即ち、給排気コントローラ３３は圧力保持状態を解除し、給排気管２７を通して空洞１２内の制御用ガスを外部に排出させる。ゴム製チューブは、空洞１２内に充填されて保持されている制御用気体が排出されると、ゴムの弾性力により収縮する。その結果、流路１５の流路断面積は大きくなる。

排気圧力は、圧力／流量計測手段により計測される。

圧力計測部３８内の差圧センサ部（不図示）は圧力検出孔１９によりダクト内流路と連通している。そのため、流路内を流れるガス等の種類によっては、差圧センサ部に粉塵やミストが付着したり、腐蝕性のガスに曝されたりする場合がある。これを防ぐため、パージ管２９を通じて圧力検出孔１９から一定流量のパージガスを送る構成を取ることが好ましい。これにより、粉塵やミスト、腐蝕性ガスが圧力検出孔１９から進入することを防ぎ、差圧センサ部の耐久性、耐食性を向上させることができる。

〈第２実施態様〉
図７は本発明の第２実施態様にかかる排気圧力／流量コントローラの一構成例を示す説明図である。図７中、３００は排気流量コントローラである。この排気流量コントローラ３００は、駆動部とこれを制御する給排気制御手段及び流量計測手段とから構成される。

図７中、３２１は筒状のハウジングで、内部にはゴム膨張バルブ３５０がその軸心をハウジング３２１内の貫通方向と同一にして装填されている。ハウジング３２１の一端には、差圧式流量計３４０（圧力／流量計測手段）の一端側が気密に接続されている。ハウジング３２１の他端には、ダクト接続部３１７が気密に接続されている。差圧式流量計３４０の他端側には、ダクト接続部３３１が気密に接続されている。

図７中、３３３は給排気コントローラである。給排気コントローラ３３３には、外部（不図示）から供給される制御用気体の供給管接続口３３５が設けられている。給排気コントローラ３３３には給排気管３２７の一端が接続されており、給排気管３２７の他端はハウジング３２１に設けられた給排気管接続口３２３に接続されている。外部から給排気コントローラ３３３に供給された制御用気体は、給排気管３２７を通ってハウジング３２１に設けられた給排気管接続口３２３を介して内部のゴム膨張バルブ３５０に供給される。

外部（不図示）から供給されるパージガスは、接続口３３７から差圧式流量計３４０に導入される。

ゴム膨張バルブ３５０、給排気コントローラ３３３の構造及び動作は前記第１実施態様と同一である。

次に、差圧式流量計３４０について説明する。
図８は、差圧式流量計３４０の一例を示す部分断面図である。図８中、４０１は筒状の流路管であり、貫通流路４０３が形成されている。流路管４０１の端部はハウジング３２１、ダクト接続口３３１にそれぞれ気密に接続されている。図８において、有害ガス等の処理ガスが流れる方向は図中矢印の方向である。流路管４０１の管壁部には、静圧検出孔４１１、ピトー管挿入孔４１２が形成されている。流路管４０１の静圧検出孔４１１、ピトー管挿入孔４１２が形成されている部分には、圧力検出管４０５が気密に接続されている。

圧力検出管４０５には、静圧検出路４１５と後流圧検出路４１７とが形成されている。流路管４０１に形成される静圧検出孔４１１は、圧力検出管４０５に形成される静圧検出路４１５と連通している。圧力検出管４０５内において、静圧検出路４１５は２本に分岐し、一方は差圧センサ４０７に接続され、他方はパージ管接続部４２４に接続されている。

流路管４０１のピトー管挿入孔４１２には、後流ピトー管４０９が流路管内部に向けて挿入されている。後流ピトー管４０９には、流路管４０１を流れる処理ガスの流れ方向の逆向きの位置に後流圧検出孔４１３が形成されており、圧力検出管４０５に形成される後流圧検出路４１７の一端と連通している。圧力検出管４０５内において、後流圧検出路４１７は２本に分岐し、一方は差圧センサ４０７に接続され、他方はパージ管接続部４２３に接続されている。

差圧センサ４０７には、差圧センサポート４１９、４２１が設けられており、４１９が圧力のHigh側、４２１が圧力のLow側となる。図８中、矢印方向に流れる有害ガス等の処理ガスは、差圧センサ４０７によってそれぞれ静圧、後流圧が測定され、排気流量が算出される。

パージ管接続部４２３、４２４には、パージ管３２９の一端がそれぞれ接続されており、パージ管３２９の他端は接続口３３７（図７）に接続されている。これにより、静圧検出路４１５、後流圧検出路４１７にそれぞれパージガスを供給する。静圧検出路４１５、後流圧検出路４１７に供給されたパージガスは、静圧検出孔４１１、後流圧検出孔４１３から流路管４０１内に排出される。パージガスの供給量は、流量調整部４２５、４２６によりそれぞれ調整される。

貫通流路４０３を流れるガスの種類によっては、差圧センサ４０７に粉塵やミストが付着したり、腐蝕性のガスに曝されたりする場合がある。これを防ぐため、パージガスを、静圧検出孔４１１、後流圧検出孔４１３から常時排出させる。これにより、粉塵やミスト、腐蝕性ガス等が静圧検出孔４１１、後流圧検出孔４１３から静圧検出路４１５、後流圧検出路４１７に進入することを防ぐ。その結果、差圧センサ４０７の耐久性、耐食性を向上させることができる。

〈ゴム膨張バルブ〉
ゴム膨張バルブ５０のバルブボディ１１は、制御用気体の圧力によってその形態が変化しない程度の硬さを有していることを要する。例えば、ステンレスや鉄、硬質プラスチック等の材料で構成することができる。

ゴム膨張バルブ５０のゴム製チューブ１３は、制御用気体の圧力によって膨張させることができる材料によって構成されていることを要する。例えば、シリコンゴムやクロロプレンゴムの材料で構成することができる。

このようなゴム膨張バルブ５０は市販品を用いてもよい。例えば、空気圧により部品等を握持する空気圧ホルダー（ブリジストン株式会社製、エアグリッパー品番Ｇ０５０ＧＣＡ等）を使用して構成することができる。

ゴム膨張バルブとしては、上記ゴム膨張バルブ５０の構成以外にも、以下のような構成が考えられる。図６は、ゴム膨張バルブの内部構造の他の例を示す断面図である。

ゴム製チューブ１１３の両端部は、バルブボディ１１１の両端側と気密に接続されている。これにより、バルブボディ１１１の周面とゴム製チューブ１１３の外周面との間に気密な空洞１１２が形成される。この給排気口１１４から空洞１１２に制御用気体を給排気させることにより、流路１１５の流路断面積を自在に変化させることが出来る。

〈圧力、流量の計測手段〉
上記第２実施態様では圧力／流量計測手段として差圧式流量計を用いたが、これに限らず熱線式流量計、カルマン渦式流量計など公知の圧力／流量計測手段を用いることができる。特に好ましいのは差圧式流量計であり、ピトー、アニューバ、オリフィス、ベンチュリー等の方式の差圧式流量計が採用される。また、差圧式流量計には、上述のように、差圧センサを処理ガスから保護するためのパージ機構を備えることが好ましい。

パージ機構としては、差圧センサ部にパージガスを送り、圧力検出孔から排出させる方式が好ましい。パージガスの流量は、１０〜１０００ｍＬ／分であり、１００〜５００ｍＬ／分が好ましく、２００〜４００ｍＬ／分が特に好ましい。

〈給排気コントローラ〉
給排気コントローラとしては、任意の量の制御用気体を空洞１２内に供給して保持できる物であればどのような物を用いても良い。圧力源や差圧検出手段は給排気コントローラと一体であってもよい。

〈制御用気体、パージガス〉
制御用気体やパージガスはどのような物であっても良いが、経済性の観点から空気や窒素ガスが好ましい。

１００・・・排気圧力コントローラ
７０・・・駆動部
７１・・・貫通流路
５０・・・ゴム膨張バルブ
１１、１１１・・・バルブボディ
１２、１１２・・・空洞
１３、１１３・・・ゴム製チューブ
１４、１１４・・・給排気口
１５、１１５・・・貫通流路
２１・・・ハウジング
１７、３１・・・ダクト接続部
１９・・・圧力検出孔
２３・・・給排気管接続口
２５・・・パージ管接続口
２７・・・給排気管
２９・・・パージ管
３３・・・給排気コントローラ
３５、３７・・・供給管
３００・・・排気圧力／流量コントローラ
３１７、３３１・・・ダクト接続口
３２１・・・ハウジング
３２３・・・給排気管接続口
３２７・・・給排気管
３２９・・・パージ管
３３３・・・給排気コントローラ
３３５、３３７・・・供給管接続口
３３８・・・圧力計測部
３４０・・・圧力／流量計測手段（差圧式流量計）
４０１・・・流路管
４０３・・・貫通流路
４０５・・・圧力検出管
４０７・・・差圧センサ
４０９・・・後流ピトー管
４１１・・・静圧検出孔
４１２・・・ピトー管挿入孔
４１３・・・後流圧検出孔
４１５・・・静圧検出路
４１７・・・後流圧検出路
４１９・・・差圧センサポート（圧力High側）
４２１・・・差圧センサポート（圧力Low側）
４２３、４２４・・・パージ管接続部
４２５、４２６・・・流量調整部
５００・・・局所排気装置
５０１・・・フード
５０３ａ、５０３ｂ・・・ダクト
５０５・・・ファン
５０７・・・排気ダクト
８００・・・局所排気装置
８０１・・・フード
８０３ａ、８０３ｂ・・・ダクト
８０５・・・ファン
８０７・・・排気ダクト
９００・・・ダンパー
９０１・・・ハウジング
９０３・・・弁体ディスク
９０４・・・弁軸
９０５・・・アクチュエータ

Claims (2)

1. 貫通流路を有するとともに給排気管接続口が形成されているハウジングと、
   前記ハウジング内に前記貫通流路と軸心を一致させて装填されるバルブであって、両端が開口した円筒形状のボディであって前記貫通流路と同一軸心の流路を有するとともに制御用気体を給排気する給排気口が形成される硬質なボディと、前記流路内にその開口方向を前記ボディの開口方向と同一にして、かつその両端側の外周面を前記ボディの円筒の外周壁に接するように折り返して配置される筒状のゴム製チューブと、少なくとも前記ゴム製チューブを含んで形成される気密空洞と、を有するバルブと、
   前記流路内の圧力及び／又は流量を測定する圧力／流量計測手段と
   前記気密空洞に前記給排気管接続口及び前記給排気口を通じて制御用気体を給気又は排気することにより、前記ゴム製チューブを膨張又は収縮させて前記流路の流路断面積を変化させる給排気制御手段と、
   を有することを特徴とする排気圧力／流量コントローラ。
2. 前記圧力／流量計測手段が、前記バルブの後端側に接続された差圧式流量計であって、前記バルブの流路と連続した流路を有し、該流路に静圧検出孔と後流圧検出孔とが形成され、かつ該静圧検出孔と該後流圧検出孔とから流路内にパージガスを排出するように構成してなる差圧式流量計である請求項１に記載の排気圧力／流量コントローラ。
   
   

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