JP6334255B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、流路が金属ブロック内に形成された配管ブロックを備えた流体制御装置に関するものである。

従来の集積化流体制御装置においては、流体制御機器同士を接続するセンサ付き継手部材として配管ブロック構造を用いていた。センサ付き継手部材に備えられた圧力センサは、Ｖ字状通路に連通する分岐通路を介して圧力を計測するものであった (例えば特許文献１参照)。

特開２００６−８３９５９号公報

従来の流体制御装置を構成する配管ブロックの構造では、各種センサと流路構造とを一体化することで、部品点数を抑制することができた。しかし、複数の流路を一つの配管ブロックに設けた構造では、一つの流路に流れる流体の温度を測定し、その温度によって電磁弁の制御をする場合、他の流路の温度が配管ブロックを介してセンサの測定温度に影響を与え、正確な制御が難しくなるという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、温度を測定する流路と他の流路を断熱し、一つの流路の温度を正確に計測することが可能な配管ブロックを備えた流体制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係わる流体制御装置は、外部から流体を導入して外部冷却器へ送る第一の流路、上記外部冷却器で冷却された流体を導入して外部へ排出する第二の流路、上記第一の流路から分岐し、上記第一の流路の流体導入方向に沿って流体を直進させるバイパス経路を有するとともに、外部配管部を介して上記第二の流路に合流される第三の流路が設けられた配管ブロック、上記配管ブロック内に埋設され、上記第一の流路に流れる流体の温度を計測する温度センサ、上記配管ブロック内に配置され、上記第一、第二の流路を熱的に隔離する断熱部、上記温度センサの出力を受けて上記第三の流路の開閉を制御する電磁弁を備え、上記電磁弁は、上記第一の流路を流れる流体が、一定温度より高い場合に閉状態に、一定温度以下の場合に開状態に制御されることを特徴とするものである。

この発明の流体制御装置によれば、配管ブロック内において各流路が断熱部によって熱的に隔離されているため、温度センサは一つの流路に流れる流体の温度を、他の流路からの熱的影響を排除して正確に計測し、正確な計測温度をもとに電磁弁の開閉制御を適切に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１による配管ブロックを組み付けた流体制御装置の斜視図である。 実施の形態１の配管ブロックの要部拡大斜視図である。 温度センサの斜視図である。 実施の形態１の配管ブロックの側断面図である。 本発明の実施の形態２の配管ブロックの側断面図である。 本発明の実施の形態３の配管ブロックの側断面図である。 本発明の実施の形態４による配管ブロックを組み付けた流体制御装置の斜視図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１の流体制御装置について図１から図４を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態１による配管ブロック１を組み付けた流体制御装置１００の斜視図である。図１に示すように、流体制御装置１００は、複数の流路５ａ、５ｂ、５ｃが一つの金属ブロック内に設けられた配管ブロック１、その配管ブロック１内に埋設され、一つの流路５ａに流れる流体の温度を計測する温度センサ４、配管ブロック１内に配置され、隣り合う流路５ａ、５ｂを熱的に隔離する断熱部（後述する）、温度センサ４の出力を受けて流路５ｃの開閉を制御する電磁弁３を備えた構成である。

流体制御装置１００は、温度センサ４が計測した温度が一定温度よりも高い場合、電磁弁３（通常電磁弁）は閉じた状態となる。電磁弁３が閉じている場合、配管接続部２ａからＡ方向に沿って配管ブロック１へ入った流体は、配管ブロック１内の流路５ａを通り、Ｂ方向へ出て冷却器で冷却される。その後、冷却器からＣ方向に沿って配管ブロック１内に戻り、流路５ｂを通り、Ｅ方向に沿って外部へ出る。温度センサ４で流路５ａ内のＡからＢへ流れる流体の温度を測定し、その流体の温度がある一定温度以下に下がった場合、冷却する必要がなくなるため、電磁弁３は開いた状態となる。電磁弁３が開いている場合、流路５ｃが開となり、流体の多くは冷却器を通過せず、図１の紙面上方向に直進し、配管部６を通る流路５ｃに入り、Ｄ方向に流れ、配管ブロック１から外部のＥ方向へ出るバイパス経路を通る状態となる。

つまり、流体制御装置１００においては、電磁弁３が閉じられている場合、流体は、Ａ→Ｂ→冷却器→Ｃ→Ｅという冷却経路を流れるが、電磁弁３が開いている場合、Ａ→Ｄ→Ｅというバイパス経路に流れ、流体が過冷却となることを抑制している。なお、電磁弁３が開の場合においても、上述した冷却器を通る冷却経路は閉じられておらず、一部の流体が流れる状態となる。
この流体制御装置１００は、温度センサ４の出力に依存して、上記のように流路を切り替える構成であり、温度センサ４が正確に流路５ａに流れる流体の温度を検出することが制御性を向上させることにつながっている。

なお、図１において、配管ブロック１に設けられた流路５ａ、５ｂに関して、流路５ａの入口が上述した配管接続部２ａ、流路５ａの出口で冷却器に接続される部分が配管接続部２ｂで構成される。また、流路５ｂの入口で、冷却器で冷やされた流体が配管ブロック１に流入する部分が配管接続部２ｃ、流路５ｂの出口で外部への排出部が配管接続部２ｆで構成される。また、配管ブロック１に接続された配管部６を含む電磁弁３で開閉が制御される流路５ｃに関して、配管部６への入口が配管接続部２ｄ、出口が配管接続部２ｅで構成されている。

図２は、温度センサ４を外した状態の配管ブロック１の要部拡大斜視図である。上述したように、温度センサ４は、配管ブロック１内に埋設されているが、図２に示すように、配管ブロック１には、配管ブロック１の表面から、温度計測対象となる流路５ａの近傍まで掘り込まれた凹部７が形成されている。そして、この凹部７に温度センサ４が嵌め込まれ、配管ブロック１の金属部分を介して流路５ａを流れる流体の温度を計測する。

また、図３に温度センサ４の斜視図を示すように、温度センサ４は、温度を検知するセンサ部４ａおよび配管ブロック１への取り付け箇所となるセンサ取付板４ｂを備えている。そしてこのセンサ部４ａが、配管ブロック１の凹部７の底面側に配設され、温度センサ４が配管ブロック１に埋設された状態を得ることができる。なお、温度センサ４は、例え
ばバイメタル式のものを用いることができる。

本発明の実施の形態１では、図１の配管ブロック１の温度計測対象となる流路５ａに、他の流路からの熱的影響が及ばないように、図４の配管ブロック１の側断面図に示すように、配管ブロック１に流路間溝部１０を形成し、その流路間溝部１０内の空隙部１１を断熱部としている。流路間溝部１０は、例えば、切削または鋳造により流路５ａの周囲を掘り込んだ状態に形成することができ、その形状は、流路５ａの周囲の、温度センサ４の配置方向以外の三方を囲む形状である。図４のように、流路間溝部１０を直線的な形状に形成する以外に、断面形状が円弧状となるような溝部を形成することでも同様に、空隙部１１によって各流路５ａ、５ｂを熱的に隔離することができ、同じ配管ブロック１に形成された計測対象外である流路５ｂの熱的な影響を、温度センサ４が受けない構成とすることができる。

なお、上述の例では、流路間溝部１０の内部を空けて空隙部１１としたが、配管ブロック１よりも熱伝導率が小さい材質の断熱材を埋設するなどして断熱部とすることも可能であることは言うまでもない。

実施の形態２．
上述の実施の形態１では、一つの金属ブロックよりなる配管ブロック１内に複数の流路５ａ、５ｂが隣り合う配置となるように形成された例を示したが、本実施の形態２では、図５に配管ブロック１の側断面図を示すように、流路５ａが形成された金属ブロック１ａと、流路５ｂが形成された金属ブロック１ｂをスペーサ１２によって一体構造となるように連結し、流路間の断熱部を、スペーサ１２によって隔てた空間によって構成している。スペーサ１２は、例えば金属材料によって構成することができ、金属ブロック１ａ、１ｂに、溶接によって固定することができる。
このように、温度計測対象となる流路５ａと、この流路５ａに熱的影響を及ぼす他の流路５ｂを、別部品（金属ブロック１ａ、１ｂ）に分けて形成することで、金属ブロック１ａに埋設される温度センサ４は、流路５ａに流れる流体の温度を正確に計測することが可能となる。

なお、上述の例では、スペーサ１２によって隔てられた金属ブロック１ａ、１ｂ間の空間を断熱部としていたが、この断熱部に、配管ブロック１よりも熱伝導率が小さい材質の断熱材を配置した構造とすることも可能であることは言うまでもない。

実施の形態３．
次に、図６を用いて本発明の実施の形態３について説明する。図６は配管ブロック１の側断面図である。上述の実施の形態２では、各流路を形成した金属ブロック１ａ、１ｂ間をスペーサ１２で連結した例を示していたが、この実施の形態３では、金属ブロック１ａ、１ｂの間に、断熱材１３を配置した構造について説明する。つまり、本実施の形態３の流体制御装置１００では、金属ブロック１ａに温度計測対象となる流路５ａを形成し、他の流路５ｂを別体の金属ブロック１ｂに形成した上で、金属ブロック１ａ、１ｂ間に、配管ブロック１（金属ブロック１ａ、１ｂ）よりも熱伝導率が小さい断熱材１３を挟み込むことで、温度センサによる計測バラつきを抑制している。断熱材１３としては、異種金属を用いることができ、面で接着するか、溶接により固定するものとする。なお、金属ブロック１ａ、１ｂを、図６に示した断面以外の熱的影響を及ぼさない箇所で部分的に連結した構造とすることも可能である。
このような構成とすることでも、金属ブロック１ａに埋設される温度センサ４は、流路５ａに流れる流体の温度を正確に計測することが可能となる。

実施の形態４．
図７は、本発明の実施の形態４による流体制御装置１００の斜視図である。この流体制御装置１００は、例えば、鉄道車両用空気ブレーキ装置に用いられる。流体制御装置１００を、振動する車体等に取り付ける場合、振動による影響を排除するための防振構造が必要である。そこで、図７に示すように、配管ブロック１を固定先（鉄道車両）に固定するための取付板１５に加え、取付板１５と配管ブロック１の間に防振ゴム等の防振材１４を介在させた構成とする。このように、防振材１４を車両の固定部に配設することで、車両運行中に配管ブロック１が受ける振動を低減でき、配管破損等の振動による不具合の発生を抑制することが可能となる。

ここで、図７は、実施の形態１において示した複数の流路を一つの配管ブロック１に設けたタイプの流体制御装置１００を例示しているが、実施の形態２、３のような複数の金属ブロックよりなる配管ブロック１にも、この実施の形態４の防振構造を同様に適用することが可能であることは言うまでもない。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 配管ブロック、１ａ、１ｂ 金属ブロック、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ 配管接続部、３ 電磁弁、４ 温度センサ、４ａ センサ部、４ｂセンサ取付板、５ａ、５ｂ、５ｃ 流路、６ 配管部、７ 凹部、１０ 流路間溝部、１１ 空隙部、１２ スペーサ、１３ 断熱材、１４ 防振材、１５ 取付板、１００ 流体制御装置。

Claims (7)

1. 外部から流体を導入して外部冷却器へ送る第一の流路、上記外部冷却器で冷却された流体を導入して外部へ排出する第二の流路、上記第一の流路から分岐し、上記第一の流路の流体導入方向に沿って流体を直進させるバイパス経路を有するとともに、外部配管部を介して上記第二の流路に合流される第三の流路が設けられた配管ブロック、上記配管ブロック内に埋設され、上記第一の流路に流れる流体の温度を計測する温度センサ、上記配管ブロック内に配置され、上記第一、第二の流路を熱的に隔離する断熱部、上記温度センサの出力を受けて上記第三の流路の開閉を制御する電磁弁を備え、上記電磁弁は、上記第一の流路を流れる流体が、一定温度より高い場合に閉状態に、一定温度以下の場合に開状態に制御されることを特徴とする流体制御装置。
2. 上記温度センサは、上記配管ブロックの表面から、温度計測対象となる上記第一の流路の近傍まで掘り込まれた凹部に設置されたことを特徴とする請求項１記載の流体制御装置。
3. 上記断熱部は、上記配管ブロック内に形成された隣り合う上記第一、第二の流路間に設けられた空隙部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の流体制御装置。
4. 上記配管ブロックは、上記第一、第二の流路が形成された第一、第二の金属ブロックを連結した構造であり、隣り合う上記第一、第二の金属ブロック間に上記断熱部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の流体制御装置。
5. 上記第一、第二の金属ブロックは、スペーサによって連結されたことを特徴とする請求項４記載の流体制御装置。
6. 上記断熱部は、上記配管ブロックを構成する材料よりも熱伝導率が小さい断熱材によって構成されたことを特徴とする請求項１または請求項４記載の流体制御装置。
7. 上記配管ブロックは、鉄道車両の構成部に、防振材を介して取り付けられたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の流体制御装置。