JP5926009B2 - Ball valve with flow measurement function and its automatic ball valve - Google Patents
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Description
本発明は、ボールバルブ内を流れる上流側と下流側の流体圧力の差圧と弁開度量から求めた弁容量係数によりボールバルブの流体の流量を測定して適切な流量に制御するようにした流量計測機能付きボールバルブと流量計測機能付き電動・空動などの自動ボールバルブに関する。 In the present invention, the flow rate of the fluid in the ball valve is measured by a valve capacity coefficient obtained from the differential pressure between the upstream and downstream fluid pressures flowing in the ball valve and the valve opening amount, and is controlled to an appropriate flow rate. The present invention relates to a ball valve with a flow rate measurement function and an automatic ball valve with a flow rate measurement function such as electric / pneumatic motion.
地球温暖化防止に関する京都議定書の発効や、最近の世界的なエネルギー需要のひっ迫化などを背景に、各分野における省エネ対策が急務となっている。しかし、産業部門などに比べて、オフィスやホテル、デパートなどの民生部門の省エネ化があまり進んでいない。そのため、いわゆる省エネルギー法の改正や環境保護条例の制定などが行われ、民生部門に対する各種の法的規制の強化が進み、一層の省エネ努力が必要となってきている。 Energy saving measures in various fields are urgently required against the backdrop of the entry into force of the Kyoto Protocol on the prevention of global warming and the recent tightening of global energy demand. However, compared with the industrial sector, energy saving in the private sector such as offices, hotels and department stores has not progressed much. For this reason, the so-called Energy Saving Law has been revised and environmental protection regulations have been enacted, and various legal regulations for the consumer sector have been strengthened, and further energy saving efforts have become necessary.
オフィスビルで消費される一時エネルギー消費量のうち、5割近くは空調に関連するというデータもあることから、空調を対象にした省エネルギー対策は、オフィスビルの省エネにおいて極めて需要である。 Since there is data that nearly 50% of the temporary energy consumption in office buildings is related to air conditioning, energy conservation measures targeting air conditioning are extremely demanding in the energy saving of office buildings.
オフィスビルを新築する場合、省エネルギーを考慮しないで新築されることはなく、熱発電コージェネレーションシステムの設置やヒートポンプ式熱源の設置等の各種の省エネルギー対策が盛り込まれて大きな成果を挙げている。しかしながら、これらは空調機械設備に対する抜本的な対策であり、既存の建物に対する省エネ対策として適用することは、設備投資金額の面からも困難であるため、より安価な費用で既存の空調設備に適用できる省エネ対策が求められている。 When building a new office building, it will not be built without considering energy conservation, and various energy conservation measures such as the installation of a thermal power generation cogeneration system and a heat pump heat source have been incorporated, producing great results. However, these are fundamental measures for air-conditioning machinery and equipment, and it is difficult to apply as an energy-saving measure for existing buildings from the aspect of capital investment, so it can be applied to existing air-conditioning equipment at a lower cost. There is a need for energy saving measures.
従来における一般的なオフィスビルのセントラル空調では、機械室の温熱源装置で冷水又は温水の冷温水を作り、循環ポンプと供給配管により冷温水を建物各所に供給し、供給先に設けたファンコイルユニットで空気と熱交換を行い冷暖房する方式が採用されている。この方式では、冷温水の流量を調整することにより、冷暖房温度を制御することができる。 In conventional central air conditioning in office buildings, cold water or hot water is made with a heat source device in the machine room, and cold / hot water is supplied to various buildings using a circulation pump and supply piping. A system is used to heat and cool the unit by exchanging heat with air. In this method, the cooling / heating temperature can be controlled by adjusting the flow rate of the cold / hot water.
しかしながら、このようなビル空調システムの運転にあたっては、従来は、冷房時であっても暖房時であっても、温熱源装置から一定温度の冷温水を一定流量で供給し、その日の気温により供給配管に設けられているバルブの開度を調整し、冷温水の流量を制御するということは、通常行われていない。 However, in the operation of such a building air conditioning system, conventionally, cold air at a constant temperature is supplied from a heat source device at a constant flow rate, whether during cooling or during heating, and is supplied according to the temperature of the day. It is not usually performed to adjust the opening of a valve provided in the piping and control the flow rate of cold / hot water.
このため、温熱源装置の出口における冷温水の温度は、そのオフィスビルの最大熱負荷に対応した温度に設定されており、熱負荷が少ない時にも熱負荷が多い時と同じ温度の冷温水が供給されるので、過冷房や過暖房という事態を生じさせ、エネルギー消費に無駄が生じている。従って、オフィスビルにおける過冷房や過暖房という状況を解消するためには、冷温水の供給量を気温等に対応した適正流量に制御する必要がある。 For this reason, the temperature of cold / hot water at the outlet of the heat source device is set to a temperature corresponding to the maximum heat load of the office building. Since it is supplied, a situation such as overcooling or overheating occurs, resulting in wasteful energy consumption. Therefore, in order to eliminate the situation of overcooling or overheating in the office building, it is necessary to control the supply amount of the cold / hot water to an appropriate flow rate corresponding to the temperature or the like.
冷温水の流量は、供給配管にオリフィスを設けるとともに、オリフィスの上流側及び下流側に圧力センサを設け、上流側と下流側との流体の差圧を計測することにより求めることができる。このようにして求めた計測流量が前記適正流量に一致するように供給配管に設けたバルブの開度を調整することにより、過冷房や過暖房という問題を解決することができる。 The flow rate of the cold / hot water can be obtained by providing an orifice in the supply pipe, providing pressure sensors on the upstream side and the downstream side of the orifice, and measuring the differential pressure of the fluid between the upstream side and the downstream side. The problem of overcooling or overheating can be solved by adjusting the opening of the valve provided in the supply piping so that the measured flow rate thus obtained matches the appropriate flow rate.
しかしながら、このような計測系はオリフィスと圧力センサを直列に一定の間隔を離して組み込む必要があるため、ある程度の組込長が必要であり、既存の冷温水の供給配管に後付で組み込むためのスペースを確保することが容易ではなく、また、取付け工事費用もかさむという問題がある。 However, since such a measurement system requires that an orifice and a pressure sensor be incorporated in series at a certain interval, a certain amount of assembly length is required, and it is incorporated later into an existing cold / hot water supply pipe. It is not easy to secure the space, and there is a problem that the installation cost increases.
また、弁体の開口部をオリフィスとして機能させて弁体の上流側及び下流側で流体に差圧を生じさせ、その差圧等に基づいてバルブを流れる流体の流量を求め、その結果に基づいて弁開度を調整することにより、バルブを流れる流体の流量を制御する流量計測機能と弁機能の両機能を備えたバルブもある。 Further, the opening of the valve body is made to function as an orifice to generate a differential pressure in the fluid upstream and downstream of the valve body, and the flow rate of the fluid flowing through the valve is determined based on the differential pressure, etc. Some valves have both a flow rate measurement function and a valve function that control the flow rate of fluid flowing through the valve by adjusting the valve opening.
このようなバルブに関しては、特許文献1や特許文献2が知られている。
特許文献1には、弁本体内に配設されたボール弁体より上流流路内の流体圧を弁本体内周側と上流側リテーナとの間に形成した導通路により、ボール弁体より下流流路内の流体圧を弁本体内周側と下流側リテーナとの間に形成した導通路により取り出し、差圧センサで差圧を計測するとともに、弁体の弁軸の回転角度(弁開度)を検出し、差圧と弁開度に基づいて流量係数を求め、これらの計測値と流量係数とから弁本体内を流れる流体の流量を所定の流量演算式により算出し、その算出結果に基づいて弁開度を調整することにより、弁本体を流れる流量を制御する流量制御弁が記載されている。
Patent documents 1 and
In Patent Document 1, the fluid pressure in the upstream flow path from the ball valve body disposed in the valve body is downstream of the ball valve body by a conduction path formed between the valve body inner peripheral side and the upstream retainer. The fluid pressure in the flow path is taken out by a conduction path formed between the inner periphery of the valve body and the downstream retainer, and the differential pressure is measured by a differential pressure sensor, and the valve shaft rotation angle (valve opening) ) Is obtained, the flow coefficient is obtained based on the differential pressure and the valve opening, and the flow rate of the fluid flowing in the valve body is calculated from the measured value and the flow coefficient by a predetermined flow rate calculation formula. A flow control valve is described that controls the flow rate through the valve body by adjusting the valve opening based on this.
また、特許文献2には、弁本体内に配設された弁体より上流流路内の流体圧及び下流流路内の流体圧の差圧を検出するにあたり、弁体よりも下流側の流路における流体圧力の検出部位を流体の淀み部分、すなわち流れがない部位とし、計測した差圧と弁体の弁開度量とから所定の流量演算式により弁本体内を流れる流体の流量を算出し、その算出結果に基づいて弁開度を調整することにより、弁本体を流れる流量を制御する流量制御弁が記載されている。
Further, in
しかしながら、この特許文献1に記載された流量制御弁では、弁を構成する部品数が多く、しかも部品の製作には高精度の機械加工が必要となる。特に、弁本体内周側とリテーナとの間に流体圧の導通路を形成するためには、弁本体内周側とリテーナの外周側の加工について極めて高い精度が必要であり、コストアップの要因となるという問題がある。 However, the flow control valve described in Patent Document 1 has a large number of parts constituting the valve, and high-precision machining is required to manufacture the parts. In particular, in order to form a fluid pressure conduction path between the inner periphery of the valve body and the retainer, extremely high precision is required for machining of the inner periphery of the valve body and the outer periphery of the retainer, which is a factor in increasing costs. There is a problem of becoming.
また、特許文献2に記載されている流量制御弁は、弁体よりも下流側の流路における流体の圧力の取り出し部を流体の淀み部分に設けるようにしているが、該取り出し部の位置は弁体の絞り部に極めて近いため、弁体により形成された絞り部を通過後、弁室内で急激に流れ方向が変化し、乱流状態にある流体の影響を避けることができない。そのため、前記圧力取り出し部付近は完全な淀み部となることはなく、乱流状態にある流体の動圧の影響を受け、絞り部前後の差圧を高精度で計測することができないため、その差圧に基づいて算出する流体流量も精度が十分に高くないという問題がある。これに加え、特許文献2に記載されている流量制御弁は、弁箱内部の流路が複雑な構造であるため、流体が異物を含んでいる場合には、ゴミ詰まりが発生し易いという問題もある。
Further, the flow rate control valve described in
本発明は、従来の課題点を解決するために開発したものであり、その目的とするところは、特定の面間内で、ボール弁体を上流側寄りに配置して上下流の流体圧力を安定した状態で取り込むことを可能とし、かつ、簡単な構造で流量を正確に計測することができる流量計測機能付きボールバルブバルブを提供することにある。 The present invention has been developed in order to solve the conventional problems. The purpose of the present invention is to arrange the ball valve element closer to the upstream side within a specific plane and to adjust the upstream and downstream fluid pressures. An object of the present invention is to provide a ball valve valve with a flow rate measuring function that can be taken in a stable state and can accurately measure a flow rate with a simple structure.
上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、所定の面間を有し、両端にフランジを設けた弁箱の上流側寄りの内部に弁軸を介してボール弁体を回転自在に設け、前記フランジの肉厚に沿って前記弁箱の流路に連通する流体圧力取出し用の連通路を両端の前記フランジにそれぞれ穿設し、この連通路から導出した上下流の流体圧力を個別に測定する圧力センサを前記フランジの前記弁軸方向に沿った上部外端面の位置にそれぞれ固着し、上流側の前記連通路から上流側のボールシートまでの距離aとし、かつ、下流側の前記連通路から下流側のボールシートまでの距離bとし、その関係をa<bとすると共に、下流側の前記圧力センサの固着位置は、前記距離bに下流側の前記連通路の長さ距離を加算した距離に設定し、この固着位置は、所定の面間の中で前記距離bよりさらに長い距離に設定された状態に設けられることにより下流側の乱流の影響を受けることなく安定した状態で測定され、上下流の流体圧力の差圧信号と弁開度量から求めた弁容量係数によりボールバルブの流体の流量を演算して適切な流体流量に制御するようにした流量計測機能付きボールバルブである。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that a ball valve body is rotatable through a valve shaft inside a valve box having a predetermined face-to-face and provided with flanges at both ends. A fluid pressure extracting communication passage that communicates with the flow path of the valve box along the thickness of the flange is formed in each of the flanges at both ends, and the upstream and downstream fluid pressures derived from the communication passage are individually provided. The pressure sensor to be measured is fixed to the position of the upper outer end surface along the valve axis direction of the flange, the distance a from the upstream communication path to the upstream ball seat, and the downstream side The distance b from the communication path to the downstream ball seat is set to a <b, and the downstream position of the pressure sensor is fixed to the distance b by the distance b. Set the added distance, this sticking position is Measured in a stable state without being influenced by the downstream side of the turbulent flow by the distance longer be provided in the state they were set to the distance from b in between a predetermined surface, the differential pressure of the fluid pressure upstream and downstream a flow amount measurement function ball valve which is adapted to compute the flow rate of a fluid ball valve to control the proper fluid flow by a signal and valve opening valve capacity coefficient obtained from metric.
請求項2に係る発明は、所定の面間を有し、フランジを有するボデー部とフランジを有するキャップ部より成る弁箱の上流側寄りの内部にボール弁体を設け、このボール弁体を回動する弁軸を弁軸筒に軸装し、この弁軸筒の上部に電動アクチュエータを搭載し、この電動アクチュエータの下方に位置する双方の前記フランジの上部外端面に上下流の流体圧力を個別に測定する圧力センサを前記弁軸方向に沿ってそれぞれ固着し、前記フランジの肉厚に沿って圧力取出し用の連通路をそれぞれ穿設し、上流側の前記連通路から上流側のボールシートまでの距離aとし、かつ、下流側の前記連通路から下流側のボールシートまでの距離bとし、その関係をa<bとすると共に、下流側の前記圧力センサの固着位置は、前記距離bに下流側の前記連通路の長さ距離を加算した距離に設定し、この固着位置は、所定の面間の中で前記距離bよりさらに長い距離に設定された状態に設けられることにより下流側の乱流の影響を受けることなく安定した状態で測定され、前記この連通路から導出した上下流の流体圧力を前記圧力センサで測定することにより上下流の流体圧力の差圧信号と弁開度量から求めた弁容量係数とを演算して適切な流体流量に制御するようにした流量計測機能付き自動ボールバルブである。
According to a second aspect of the present invention, a ball valve body is provided inside the valve box having a predetermined face-to-face and comprising a body portion having a flange and a cap portion having a flange, and the ball valve body is rotated. The moving valve shaft is mounted on the valve shaft cylinder, and an electric actuator is mounted on the upper part of the valve shaft cylinder, and the upstream and downstream fluid pressures are individually applied to the upper outer end surfaces of both flanges located below the electric actuator. The pressure sensors to be measured are fixed along the valve axis direction, the communication passages for pressure extraction are respectively drilled along the thickness of the flange, and from the upstream communication passage to the upstream ball seat And a distance b from the downstream communication path to the downstream ball seat, the relationship is a <b, and the downstream position of the pressure sensor is fixed at the distance b. Downstream of the station The length of the road is set to the sum of the distances, and the fixed position is set at a distance longer than the distance b between the predetermined surfaces, thereby reducing the influence of turbulent flow on the downstream side. receiving it are measured in a stable state without the valve capacity determined from a differential pressure signal and valve opening degree amount of the fluid pressure upstream and downstream by measuring the fluid pressure upstream and downstream of the exit guide from the communication passage by the pressure sensor by calculating the coefficients a flow rate measuring function with automatic ball valve so as to control the proper fluid flow.
請求項3に係る発明は、前記ボデー部内に扇形流出口を有するボール弁体を設けてボール弁体を上流側寄りに内蔵し、このボデー部に下流側に位置する前記キャップ部をボルトを介して組付けて弁箱を構成した流量計測機能付き自動ボールバルブである。
According to a third aspect of the present invention, a ball valve body having a fan-shaped outlet is provided in the body portion, and the ball valve body is built closer to the upstream side, and the cap portion positioned on the downstream side of the body portion via a bolt. It is an automatic ball valve with a flow rate measurement function that is assembled into a valve box.
請求項4に係る発明は、上流側の前記連通路から上流側のボールシートまでの距離aと、下流側の前記連通路から下流側のボールシートまでの距離bとの比率を1:4とした流量計測機能付きボールバルブとその自動ボールバルブである。
In the invention according to claim 4 , the ratio of the distance a from the upstream communication path to the upstream ball seat and the distance b from the downstream communication path to the downstream ball seat is 1: 4. flow rate measurement function with scale Rubarubu was and its automatic ball valve.
請求項1に係る発明によると、弁箱の最外部で上下流の流体圧力を計測することができるので、圧力損失が小さい値で計測することが可能となるため、高精度に圧力測定をすることができ、しかも、下流側においても測定部位をボール弁体から可能な限り離間した位置としているため、より正確な計測が可能となる。 According to the first aspect of the invention, the upstream and downstream fluid pressures can be measured at the outermost part of the valve box, so that the pressure loss can be measured with a small value, so that the pressure measurement is performed with high accuracy. Moreover, since the measurement site is located as far as possible from the ball valve body on the downstream side, more accurate measurement is possible.
請求項2に係る発明によると、フランジの上部外端面に圧力センサを配置することで、ボール弁体の位置に関係なく圧力を安定して検出することができ、しかも、ボール弁体を弁体の上流側寄りに配置されているので、限られた面間の中で、下流側の圧力検出位置を極力ボール弁体から離間した位置に配設することが可能となり、面間の中でボール弁体から一番遠い位置で圧力を検出することができ、特に下流側での流れが安定した位置で流体圧力を検出することができる。また、アクチュエータと弁箱の間に圧力センサを配置したので、圧力センサ及びその配線がアクチュエータとバルブから飛び出すことがないため、コンパクトに配置できると共に、配管作業が容易にできる。 According to the second aspect of the present invention, the pressure can be stably detected regardless of the position of the ball valve body by disposing the pressure sensor on the upper outer end surface of the flange. The pressure detection position on the downstream side can be arranged as far away from the ball valve body as possible within the limited plane, and the ball between the planes The pressure can be detected at a position farthest from the valve body, and the fluid pressure can be detected particularly at a position where the flow on the downstream side is stable. Further, since the pressure sensor is arranged between the actuator and the valve box, the pressure sensor and its wiring do not jump out of the actuator and the valve, so that it can be arranged compactly and piping work can be facilitated.
請求項3に係る発明によると、ボデー部とキャップ部の2ピース構造にすることにより、弁箱内部の流路が滑らかな構造となり、ゴミ詰まりが発生し難いと共に、ボデー部にボール弁体を設けているので、弁箱の上流側寄りの内部にボール弁体を配置することが可能となる。
According to the invention of
請求項4に係る発明によると、限られた面間の中で、下流側の圧力検出を安定した流体流れの中で確実に測定することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the pressure detection on the downstream side can be reliably measured in a stable fluid flow between the limited surfaces.
以下に、本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1においては、本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブの断面図を、図2においては、図1の右側面図を、図3においては、図1の電動ボールバルブを斜め下方より見た斜視図を示している。
Hereinafter, an embodiment of an electric ball valve with a flow rate measurement function according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view of an electric ball valve with a flow rate measuring function according to the present invention, FIG. 2 is a right side view of FIG. 1, and FIG. 3 is an oblique view of the electric ball valve of FIG. A perspective view is shown.
図1に示すように、本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブは、一端部にフランジ1を有するボデー部2と、一端部にフランジ3を有するキャップ部4を組み合わせて形成した弁箱5内にボール弁体6を回動自在に設け、このボール弁体6を回動させる弁軸7を弁軸筒8に軸装し、この弁軸筒8の上部に電動アクチュエータ9を搭載するとともに、前記フランジ1、3の上部外端面に圧力センサ10、11をそれぞれ固着させて構成している。
As shown in FIG. 1, an electric ball valve with a flow rate measuring function according to the present invention has a
ボデー部2には、内部に流路2a及びボール弁体6の収納部2bが形成されると共に、前記フランジ1の上部外端面からフランジ1の肉厚に沿って、連通路12が穿設され、流路2a内の流体圧力を導くために流路2aと連通している。
In the
さらに、ボデー部2の上部側には、弁軸7を軸装する弁軸筒8を一体に延設し、弁軸筒8の上部にはアクチュエータ9を搭載する載置部22を形成している。この載置部22には電動アクチュエータ9を適宜の取付け手段により固着する。
Further, on the upper side of the
一方、キャップ部4には、流路4aが形成される共に、前記フランジ3の上部外端面からフランジ3の肉厚に沿って連通路13が穿設され、流路4a内の流体圧力を連通路13へと導くために流路4aと連通している。
On the other hand, the cap portion 4 is formed with a
ボデー部2の下流側にキャップ部4をボルト17によって螺着結合して、弁箱5を形成している。弁箱5内には、ボデー部2のボールシート収納部20に収納されたボールシート18と、キャップ部4のボデーシート収納部21に収納されたボールシート19によって回動自在に支持されたボール弁体6が配設されている。また、ボール弁体6には扇形流出口16を有する連通孔6aが形成されている。
A cap portion 4 is screwed and connected to the downstream side of the
ボール弁体6は、弁箱5を構成するボデー部2側に設けられている収容部2bに収納され、ボールバルブ全体では上流側に片寄って弁箱5内に配設されている。この片寄の状態は、図1に示すように、本例では、上流側の連通路12から上流側のボールシート18までの距離aと、下流側の連通路13から下流側のボールシート19までの距離bとの比率が1:4となる関係にある。
The
弁軸7は、前記弁軸筒8に軸装され、弁軸筒8から突出した下端部がボール弁体6の上面中央に連結され、弁軸筒8の上方に突出した上端部が電動アクチュエータ9の図示しない出力軸に連結されている。
The
電動アクチュエータ9は、前記弁軸筒8の上端に設けられた取付け部22にボルト23により螺着結合されている。この電動アクチュエータ9の内部には、図示しないモータと減速機構やリミットスイッチ等が設けられていると共に、ボール弁体6の弁開度を検出する開度センサや、弁開度や圧力センサの検知データに基づき流体流量を算出するCPUやメモリ等が適宜に内蔵された流量計測機能手段及び必要に応じて弁開度制御機能手段が設けられている。
The
圧力センサ10、11は、本例では、半導体式圧力センサを用いており、図1において、フランジ1及びフランジ3の上部外端面の開口部に形成したネジ部1a、3aに螺着して取付けられ、このネジ部1a、3aの開口は、連通路12、13に連通している。
In this example, the
圧力センサ10、11で検知された流路2a及び流路4aの圧力データは、圧力センサ10、11と電動アクチュエータ9とを結ぶ配線24を介して電動アクチュエータ9内部の流量計測機能手段へと送られる。
The pressure data of the
図1において、圧力センサ10、11が検知した圧力データを電動アクチュエータ9の流量計測機能部へと伝達する配線24を模式的に細い線で表しているが、実際には、図3に示すように、圧力センサ10、11の二次側大気を開放する通気用チューブを中心とし、その周囲に複数の導線を配し、さらにその周囲を横巻遮蔽シールド、ビニールシース等で包み込んで保護した大気開放チューブ一体型ケーブル25である。
In FIG. 1, the
図4に示すように、この実施形態では、前記フランジ1、3の上部外端面に、圧力センサ10、11を挟み込んで一対の突起部14、15を当該フランジと一体に延設して形成している。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, a pair of
このため、圧力センサ10、11は突起部14、15で両側からしっかりと保護されるので、設置後、電動ボールバルブの周辺で作業を行っても、圧力センサ10、11に作業服の袖口に引っ掛けたり、工具をぶつけたりして損傷させるおそれがない。
For this reason, since the
また、電動ボールバルブを屋外配管に横倒しの状態で設置した場合には、ある程度雨除けになると共に、フランジ外端面を伝わって流れ落ちる雨水からも圧力センサを保護することができる。 In addition, when the electric ball valve is installed on the outdoor piping in a state of being laid down, it is possible to prevent rain to some extent, and to protect the pressure sensor from rain water that flows down the outer end face of the flange.
本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブでは、弁箱5をボデー部2とキャップ部4とから成るツーピース構造としたため、組み立てが容易であると共に、弁箱5内部の流路が滑らかな構造となり、例え、冷温水に異物が含まれていても、ゴミ詰まりが発生し難い。
In the electric ball valve with a flow rate measuring function according to the present invention, the
また、上流側及び下流側ともに、圧力センサ10、11への流体圧力を導出するための連通路12、13をフランジ1、3に穿設したので、ボール弁体6により生じる流れの乱れの影響が及ばない最も遠い位置で流体圧力を導出できるため、正確な流体圧力を検知することができる。
Further, since the
さらに、ボール弁体6の上流側及び下流側の双方において流体圧力を導出する連通路12、13を流路2a、4aの上部位置に連通させているので、閉じているボール弁体6が、上面から見て反時計方向に回転して流路が開き始めた際に、ボール弁体の下流側から見ると口径内の左側から流路が開通し始めることにより、ボール弁体の開度によってはボール弁体の下流側の流れが乱流となり、流路内の圧力が左右不均衡となる現象の影響を受けることがないため、正確な流体圧力を導出することができる。
Furthermore, since the
このように、流体圧力に検出位置をボール弁体6から最も遠い位置に設けたことと併せて、ボール弁体の開口部が左右方向で片寄ることにより生じる流路内の圧力の左右不均衡の影響を受けない流路上部から流体圧力を導出していることにより、流体圧力を高精度に検知することができる。
As described above, the detection position of the fluid pressure is provided at a position farthest from the
これに加え、ボデー部2側にボール弁体6の収納部2bを設け、ボール弁体6を弁箱5全体の上流側寄りに配設している。ボール弁体6を弁箱5全体の上流側寄りに配設したことにより、限られた面間の中で、ボール弁体6の開口部により生じた乱流の影響が下流側の連通路13に及ばないように、下流側の流路4aの流路長を十分長く設定することができる。
In addition to this, the
本実施例では、図1に示すように、上流側の連通路12から上流側のボールシート18までの距離aと、下流側の連通路13から下流側のボールシート19までの距離bとの比率を1:4に設定し、ボール弁体6の開口部により生じた乱流の影響が下流側の連通路13に及ばないようにしている。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, a distance a from the
なお、上流側の連通路12から上流側のボールシート18までの距離aと、下流側の連通路13から下流側のボールシート19までの距離bとの比率は、本実施例の1:4に限定されるものではなく、面間距離や流路径に対応して適宜に決定することができるが、上流側の距離aに比して下流側の距離bは十分大きく設定する必要がある。
The ratio of the distance a from the
上流側の圧力センサ10と下流側の圧力センサ11で検知された流路2a及び流路4aの圧力データは、圧力センサ10、11と電動アクチュエータ9とを結ぶ大気開放チューブ一体型ケーブル25を介して電動アクチュエータ9内部の流量計測機能手段へと送られ、弁箱5内を流れる流体の計測流量を算出するために使用される。
The pressure data of the
電動アクチュエータ9内の流量計測機能手段においては、上流側の圧力センサ10と下流側の圧力センサ11から圧力データに基づいて、ボール弁体6の上下流間の差圧Δpを求め、この差圧Δpと弁開度検出手段からの弁開度θに応じた流量係数Cv値から、弁箱5内の流路内を流れる流体の流量Qを算出する。
The flow rate measuring function means in the
算出された流量Qは、同じく電動アクチュエータ9内の弁開度制御機能手段に送られ、流量Qが設定流量値に一致するように弁開度を制御している。
The calculated flow rate Q is also sent to the valve opening degree control function means in the
また、図1に示すように、圧力センサ10、11の配置位置は、アクチュエータ9とフランジ1及びフランジ3の上部外端面との間であるため、外観上圧力センサ10、11が凸部となることがなくコンパクトであると共に、配管作業やメンテナンス作業時に作業者が圧力センサ10、11に接触して破損させる可能性が小さい。すなわち、圧力センサ10、11や大気開放チューブ一体型ケーブル25などを図2の二点鎖線に示す領域イ(電動アクチュエータ9の底面をボールバルブ側に投影した領域)内に配設できるので、コンパクトで安定性の向上に著しく寄与する。
Further, as shown in FIG. 1, the
本実施形態においては、電動ボールバルブは、図1に示すように、電動アクチュエータ9を上側にした正立状態で配管設置することが原則である。しかしながら、既存配管に空間的な余裕がなく、正立状態で使用することができない場合には、電動アクチュエータ9を左右どちらかに90度横倒しにしても、メンテナンス等のために外部から電動アクチュエータ9に簡単にアクセスすることができるので、横倒し状態でも配管設置することが可能である。このため、ほとんどの既存配管に適用することができるので、その利用価値は大きい。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, in principle, the electric ball valve is installed with piping in an upright state with the
次に、本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブの上記実施形態における作用例を説明する。
まず、オフィスビル等のビルの制御室で当日の気候、天気に対応した当該ビルの熱負荷を見積もり、見積もった熱負荷に応じた冷温水の流量を決定し、流量データを冷温水の供給配管に設置された流量計測機能付き電動ボールバルブの電動アクチュエータ内の弁開度制御機能手段のCPU等に送信する。その後、温熱源装置で作った冷温水を循環ポンプと供給配管によりビルの各所へ供給する。
Next, an operation example in the above-described embodiment of the electric ball valve with a flow rate measurement function in the present invention will be described.
First, in the control room of an office building or the like, estimate the heat load of the building corresponding to the climate and weather of the day, determine the flow of cold / hot water according to the estimated heat load, and supply the flow data to the cold / hot water supply piping Is transmitted to the CPU or the like of the valve opening degree control function means in the electric actuator of the electric ball valve with a flow rate measuring function installed in. After that, cold and hot water made with a heat source device is supplied to various parts of the building by a circulation pump and supply piping.
配管に供給された冷温水は、配管に設けられた電動ボールバルブを通過して、ビル内の供給先に設けたファンコイルユニットに供給され、空気と熱交換を行い、供給先の空調を行う。 The cold / hot water supplied to the piping passes through the electric ball valve provided in the piping, and is supplied to the fan coil unit provided in the supply destination in the building to exchange heat with the air and to air-condition the supply destination. .
当初、冷温水が電動ボールバルブを通過する際には、ボール弁体6は適宜の開度で開かれており、弁室5内の流路は、ボール弁体6により絞られた状態となっている。このため、ボール弁体6による絞り部によりオリフィス効果が生じ、ボール弁体6の上流側と下流側とでは流体に圧力差が生じる。
Initially, when cold and hot water passes through the electric ball valve, the
ボール弁体6の上流側流路2aの流体の圧力は、流路2aに連通した連通路12を介し、圧力センサ10により検知される。圧力センタ10は、圧力に比例した電気信号を発生し、配線24を介してアクチュエータ9内の流量計測機能手段へ伝達する。
The pressure of the fluid in the
同様に、ボール弁体6の下流側流路4aの流体の圧力は、流路4aに連通した連通路13を介し、圧力センサ11により検知される。圧力センサ11は、圧力に比例した電気信号を発生し、配線24を介してアクチュエータ9内の流量計測機能手段へ伝達する。
Similarly, the pressure of the fluid in the
前記流量計測機能手段は、伝達されてきた上流側流路2aの流体圧力の電気信号と、下流側流路4aの流体圧力の電気信号から、ボール弁体6による絞り部を通過したことにより生じた流体の差圧Δpを求める。同時に、弁軸7の開度センサからの回転角度データ(ボール弁6の弁開度)に基づき、ボール弁体6による絞り部の流量係数Cvを求め、その差圧と流量係数とから弁箱5内を流れる流体の流量Qを算出する。
The flow rate measuring function means is generated by passing through the throttle portion by the
本例におけるバルブは、ビルなどの空調機に使用する冷温水の流量を計測するものである。流体の流量は、オリフィス流量計の原理により計測することができる。この原理によると、流量Qは、
Q=(Cv/k)・√ΔP
により求めることができる。ここで、kは単位調整用の係数であり固定値である。また、Cvはバルブの容量係数であり、バルブの開度によって変化する。よって、バルブを通過する流体の容量は、バルブ容量係数Cvと、差圧ΔPより求めることができる。
一方、差圧ΔPを計測する圧力センサの計測値は、計測する周囲温度の影響を受ける。このため、より正確に流体の流量を求めるためには、流体の温度を計測し、その計測温度に基づいて圧力センサの計測値を温度補正する必要がある。
本例におけるバルブを通過する流体は、ビルなどの空調機に使用される冷温水であり、その温度は、おおよそ、冷房の場合で5〜10℃、暖房の場合で50〜60℃である。従って、使用する冷温水の温度帯に限って圧力センサの計測値の補正を行えば、温度計測回路が不要となり、そのためのコストを大幅に抑えることができる。具体的には、冷房の場合の流体温度である5〜10℃に対応する圧力センサ補正係数と、暖房の場合の流体温度である50〜60℃に対応する圧力センサ補正係数とを各一つ準備し、空調機の運転区分が冷房、暖房であるかによって、準備した圧力センサ補正係数を切り替えて適用することにより、高精度で差圧ΔPを計測し、正確な流体の流量を求めることができる。
The valve in this example measures the flow rate of cold / hot water used in an air conditioner such as a building. The flow rate of the fluid can be measured by the principle of an orifice flow meter. According to this principle, the flow rate Q is
Q = (Cv / k) · √ΔP
It can ask for. Here, k is a coefficient for unit adjustment and is a fixed value. Cv is a capacity coefficient of the valve and changes depending on the opening of the valve. Therefore, the volume of the fluid passing through the valve can be obtained from the valve capacity coefficient Cv and the differential pressure ΔP.
On the other hand, the measurement value of the pressure sensor that measures the differential pressure ΔP is affected by the ambient temperature to be measured. For this reason, in order to obtain the fluid flow rate more accurately, it is necessary to measure the temperature of the fluid and to correct the temperature of the measured value of the pressure sensor based on the measured temperature.
The fluid passing through the valve in this example is cold / warm water used in an air conditioner such as a building, and the temperature is approximately 5 to 10 ° C. for cooling and 50 to 60 ° C. for heating. Therefore, if the measurement value of the pressure sensor is corrected only in the temperature zone of the cold / hot water to be used, the temperature measurement circuit becomes unnecessary, and the cost for that can be greatly reduced. Specifically, one each of a pressure sensor correction coefficient corresponding to 5 to 10 ° C. which is a fluid temperature in the case of cooling and a pressure sensor correction coefficient corresponding to 50 to 60 ° C. which is a fluid temperature in the case of heating. By preparing and switching the applied pressure sensor correction coefficient according to whether the operation category of the air conditioner is cooling or heating, it is possible to measure the differential pressure ΔP with high accuracy and obtain the accurate fluid flow rate. it can.
なお、図示しないコントローラにより付与された設定流量と流量計測機能手段で算出された計測流量Qとを比較し、計測流量Qが設定流量に一致する様に出力軸に連結された弁軸7を介してボール弁体6を回動させて弁開度を調整し、弁箱5内を流れる流体の流量を制御する。
Note that the set flow rate given by the controller (not shown) is compared with the measured flow rate Q calculated by the flow rate measuring function means, and the
従来、バルブで流量を絞って温度調節すると、バルブの圧力損失分はエネルギーロスとなっていた。検知した流量を基に、温熱源装置による冷温水の製造量を引下げることで、ポンプ搬送エネルギーが削減されると共に、バルブを開けば、低いポンプエネルギーで必要な流量を確保することができる。よって、当該ビルで使用する空調用のエネルギーを最適化し、省エネルギーを図ることができる。 Conventionally, when the temperature is adjusted by reducing the flow rate with a valve, the pressure loss of the valve is energy loss. By reducing the production amount of cold / hot water by the heat source device based on the detected flow rate, the energy for pump conveyance is reduced, and if the valve is opened, the necessary flow rate can be secured with low pump energy. Therefore, the energy for air conditioning used in the building can be optimized to save energy.
なお、冷温水の流量Qが設定流量と一致しても、空調が効き過ぎたり、反対に不足したりする場合には、制御室から冷温水の設定流量を適宜増減して設定することにより、電動バルブが自動的に冷温水の流量を制御し、空調効果を改善することができる。 In addition, even if the flow rate Q of cold / hot water matches the set flow rate, if air conditioning is too effective or conversely insufficient, by setting the flow rate of cold / hot water from the control room appropriately increased or decreased, The electric valve can automatically control the flow rate of cold / hot water to improve the air conditioning effect.
また、ビル内の各所における空調効果は、場所によって建物外部から受ける熱の影響が異なるため、例え同一流量の冷温水を供給しても同一ではない。このような場合であっても、本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブを使用すれば、冷温水の供給配管に設けられている複数の電動バルブに対し、供給先毎にきめ細かく冷温水の供給量を設定することも随時簡単に行うことができ、ビル全体に対する空調効果の最適化を図ることができる。 In addition, the air-conditioning effect at each place in the building is not the same even if cold / hot water having the same flow rate is supplied because the influence of heat received from the outside of the building differs depending on the place. Even in such a case, if the electric ball valve with a flow rate measuring function according to the present invention is used, the supply of cold / hot water is finely supplied for each supply destination to the plurality of electric valves provided in the supply / cooling water supply pipe. The amount can be easily set as needed, and the air conditioning effect for the entire building can be optimized.
本発明における流量計測機能付き電動ボールバルブは、構造が簡単で取得価格が安価であるだけでなく、既存のバルブと交換するだけで従来の配管設備に取付けることができ、別途配管工事を要しない。また、空調に使用する冷温水の流量を高精度に計測、制御して過冷房や過暖房を防止し、ビルで使用する空調エネルギーを最適化して、省エネルギーを図ることができる。さらには、各バルブに対する冷温水の供給流量の設定は制御室からのデータ送信により行うことができ、余分な人手を要しない。従って、その実用的価値及び経済的価値は非常に大きいものがある。 The electric ball valve with a flow rate measuring function in the present invention is not only simple in structure and inexpensive in acquisition price, but can be attached to a conventional piping facility by simply replacing the existing valve, and no separate piping work is required. . In addition, the flow of cold / hot water used for air conditioning can be measured and controlled with high accuracy to prevent overcooling and overheating, and the air conditioning energy used in the building can be optimized to save energy. Furthermore, the supply flow rate of cold / hot water to each valve can be set by data transmission from the control room, and no extra manpower is required. Therefore, some of its practical value and economic value are very large.
1 フランジ
2 ボデー部
3 フランジ
4 キャップ部
5 弁室
6 ボール弁体
9 電動アクチュエータ
10、11 圧力センサ
12、13 連通路
14、15 突起部
16 扇形流出口
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