JP6456102B2 - エアー駆動式自動弁の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は通常時は配管内に流れる流体の圧力制御を容易に行うことができるとともに、停電又は駆動エアー源の圧力低下時等の非常時には全閉状態にすることができるエアー駆動式自動弁の制御装置に関する。

従来、高圧ガス又は高圧ガスを含む混合流体が流れる配管設備の圧力制御又は流量制御において、エアー駆動式の弁を電空変換器によって開閉制御する手法は広く用いられている。

その構成は、駆動エアー源から電空変換器にエアーを供給し、電空変換器の出力エアーをエアー駆動式の弁の空圧操作部に供給する、というものである。

この制御システムにおいては、停電が発生した場合、停電によって電空変換器が停止することにより、エアー駆動式弁の空圧操作部への駆動エアー供給圧力は低下する。

同様に、駆動エアー源のエアー圧力が低下した場合、電空変換器へのエアー供給圧力が低下することになり、結果、電空変換器からの出力エアー圧力、すなわちエアー駆動式弁の空圧操作部への駆動エアー供給圧力は低下する。

エアー駆動式弁の空圧操作部への駆動エアー供給圧力が低下した場合、エアー駆動式の弁がノーマリー・オープン・タイプであれば、その弁は全開又は全開に近い状態となり、エアー駆動式の弁がノーマリー・クローズ・タイプであれば、その弁は全閉または全閉に近い状態となる。

よって、エアー駆動式の弁の選定においては、停電又は駆動エアー源のエアー圧力低下が発生した際、そのエアー駆動弁が開く方が好ましいか、あるいはそのエアー駆動弁が閉じる方が好ましいかを考慮し、前者の場合はノーマリー・オープン・タイプを選定し、後者の場合はノーマリー・クローズ・タイプを選定する。

しかしながら、停電又は駆動エアー源の圧力低下時に閉止する方が好ましいケースにおいて、通常時には容易に流体の圧力調整可能で、かつ、停電又は駆動エアー源の圧力低下時に閉止するノーマリー・クローズ弁がないケースある。

具体的には、一次圧調整弁として用いられるエアー駆動式自動弁としては、スプリングの力を利用したコントロールバルブやスプリングを用いない背圧弁等が使用される。このエアー駆動式コントロールバルブは「駆動エアー圧力とスプリングの力」がバランスして動作しており、駆動エアー圧力のベクトルとスプリングの力のベクトルは向かい合ってさえいれば、スプリングを、弁を開けるために用いる（ノーマリー・オープン）ことも閉じるために用いる（ノーマリー・クローズ）ことも可能である（図１０参照）。しかし、エアー駆動式コントロールバルブにおいては、駆動エアーの圧力とスプリングの力がバランスして動作しているので、駆動エアーの圧力と流体の圧力とは直接的な関係がなく、流体の圧力を制御するには流体の圧力を常に観測してフィードバック制御を行わなければならない。

一方、エアー駆動式背圧弁は、「駆動エアーの圧力と流体の圧力」がバランスして動作するので、駆動エアー圧力のベクトルと流体の圧力のベクトルは向かい合っており、駆動エアー圧力が無くなれば、弁は全開（ノーマリー・オープン）となる。しかし、エアー駆動式の背圧弁においては、駆動エアーの圧力と流体の圧力がバランスして動作しているので、駆動エアーの圧力と流体の圧力に直接的な関係があり、流体の圧力によるフィードバック制御を行わずとも、駆動エアーの圧力を制御することで流体の圧力を直接制御することが可能（図１０参照）で、このようなノーマリー・オープン弁を採用した方が配管設備上、適切なケースがある。

そのケースにおいては前記背圧弁のような圧力調整容易なノーマリー・オープン弁をエアー駆動式自動弁として選定することとなるが、停電時又は駆動エアー源の圧力低下時に全開又は全開に近い状態となるので、エアー駆動式ノーマリー・オープン弁の下流側にエアー駆動式ノーマリー・クローズ弁を設ける等の対策が必要になり、機器点数が増えることにより、コストが上がり、かつ、その増えた機器にも故障・不具合が発生しうるので、配管設備全体としての故障・不具合の発生のリスクが増す、という課題がある。

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、通常時は容易に圧力調整可能で、かつ、停電又は駆動エアー源の圧力低下時に閉止できるようにエアー駆動式ノーマリー・オープン弁を制御するエアー駆動式自動弁の制御装置を提供することを目的としている。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は次の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。
ただし、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は高圧ガス又は高圧ガスを含む混合流体が流れる配管に用いられるエアー駆動式自動弁の開閉を制御するエアー駆動式自動弁の制御装置であって、前記エアー駆動式自動弁を駆動させるためのエアーを供給する駆動エアー源と、該駆動エアー源の下流に設けられた駆動エアー用蓄圧容器と、該駆動エアー用蓄圧容器に設けられた２本の下流側流路と、該２本の下流側流路の一方の流路に設けられた電空変換器と、該電空変換器の下流に設けられたノーマリー・クローズの電磁式自動弁と、前記２本の下流側流路の他方の流路に設けられたノーマリー・オープンの電磁式自動弁と、前記ノーマリー・クローズの電磁式自動弁及びノーマリー・オープンの電磁式自動弁の下流に接続された前記エアー駆動式自動弁の制御部とでエアー駆動式自動弁の制御装置を構成している。

以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
（１）請求項１に記載の発明においては、背圧弁を用いることにより、配管に流れる流体の圧力をフィードバックしなくても、圧力調整が可能であるので、通常時の圧力制御を容易に行うことができる。
（２）停電等で駆動エアー源からのエアーの供給がなくなっても、駆動エアー用蓄圧容器よりエアーが供給されるので、停電時にはエアー駆動式自動弁を閉状態に制御することができる。
（３）背圧弁を用いることにより、コントロールバルブよりも分解・メンテナンスを容易に行うことができる。
（４）請求項２に記載の発明も前記（１）〜（３）と同様な効果が得られるとともに、停電だけではなく駆動エアー源の圧力が低下した際にもエアー駆動式自動弁を閉状態に制御することができる。
（５）請求項３に記載の発明も前記（１）〜（４）と同様な効果が得られる。

本発明を実施するための第１の形態の概要図。 本発明を実施するための第１の形態の通常時のエアーの流れを示す説明図。 本発明を実施するための第１の形態の停電時のエアーの流れを示す説明図。 本発明を実施するための第２の形態の概要図。 本発明を実施するための第２の形態の通常時のエアーの流れを示す説明図。 本発明を実施するための第２の形態の駆動エアー圧低下時のエアーの流れを示す説明図。 本発明を実施するための第３の形態の概要図。 本発明を実施するための第３の形態の通常時のエアーの流れを示す説明図。 本発明を実施するための第３の形態の停電時のエアーの流れを示す説明図。 コントロールバルブおよび背圧弁の概要説明図

以下、図面に示す本発明を実施するための形態により、本発明を詳細に説明する。

図１ないし図３に示す本発明を実施するための第１の形態において、１は高圧ガス又は高圧ガスを含む混合流体（主に炭酸ガス又は炭酸ガスを含む混合流体）が流れる配管２に一次圧調整弁として用いられるエアー駆動式自動弁３の開閉を制御する本発明のエアー駆動式自動弁の制御装置で、このエアー駆動式自動弁の制御装置１は、前記エアー駆動式自動弁３を駆動させるためのエアーを供給する駆動エアー源４と、該駆動エアー源４の下流に設けられた駆動エアー用蓄圧容器５と、該駆動エアー用蓄圧容器５に設けられた２本の下流側流路６、７と、該２本の下流側流路の一方の下流側流路６に設けられた電空変換器８と、該電空変換器８の下流および前記２本の下流側流路の他方の下流側流路７にそれぞれ設けられた電磁式自動弁９、１０と、該電磁式自動弁９、１０の下流に接続された前記エアー駆動式自動弁３の制御部１１とで構成されている。なお、本実施の形態において、前記エアー駆動式自動弁３はノーマリー・オープンの背圧弁が用いられている。

前記駆動エアー源４は圧力計１２により供給エアーの圧力を監視され、圧力が一定になるように制御手段（図示せず）により制御されており、前記駆動エアー源４から供給されたエアーは、逆止弁１３を介して前記駆動エアー用蓄圧容器５に蓄えられる。

２本の下流側流路６、７は前記駆動エアー用蓄圧容器５の下流側に設けられており、一方の下流側流路６には前記電空変換器８およびノーマリー・クローズの電磁式自動弁９が設けられている。また、他方の下流側流路７にはノーマリー・オープンの電磁式自動弁１０が設けられている。これらの２本の下流側流路６、７は電磁式自動弁９、１０を通過した後に合流し、前記エアー駆動式自動弁３の制御部１１に接続されている。

電空変換器８は外部の制御装置（図示せず）より与えられた電気信号により下流に供給するエアーの圧力を制御し、前記エアー駆動式自動弁３の通常時の開度を調整している。例えば、下流に供給するエアーの圧力は、与えられた電気信号の電流値に比例して加減する等である。

制御部１１は前記エアー駆動式自動弁３の開閉を制御しており、エアーが供給されている時には、そのエアーの圧力に応じた開度でエアー駆動式自動弁３を開く。
本発明の通常時の動作について以下に説明する。

駆動エアー源４から所定の圧力でエアーが供給され、このエアーが逆止弁１３を介して駆動エアー用蓄圧容器５に畜圧されるとともに、該駆動エアー用蓄圧容器５から２本の下流側流路６、７へエアーが供給される。一方の下流側流路６には前記電空変換器８およびノーマリー・クローズの電磁式自動弁９が設けられ、前記電空変換器８は外部からの電気信号により駆動エアー用蓄圧容器５から供給を受けたエアーを、所定の圧力に調整して電磁式自動弁９へ供給する。該電磁式自動弁９は通常時（励磁状態）には開となるので、前記電空変換器８で調整された圧力のエアーを前記エアー駆動式自動弁３の制御部１１へ供給する。他方の下流側流路７には電磁式自動弁１０が設けられているが、この電磁式自動弁１０はノーマリー・オープンの電磁式の自動弁であるので、通常時（励磁状態）には閉状態となり、エアーを下流へ供給することはない。したがって、前記エアー駆動式自動弁３の制御部１１には一方の下流側流路６から供給される電空変換器８で調整された圧力のエアーのみが供給され、前記エアー駆動式自動弁３は所定の開度に調整される。

次に本発明の停電時等の電気供給が停止した場合の動作について以下に説明する。
駆動エアー源４が停止するとともに、電空変換器８への電気信号も停止し、電磁式自動弁９、１０も非励磁状態となる。そうすると一方の下流側流路６の電磁式自動弁９は非励磁状態で閉となるので、一方の下流側流路６からエアーを下流へ供給されなくなる。他方の下流側流路７の電磁式自動弁１０はノーマリー・オープンの電磁式自動弁であるので、非励磁状態で開となり、前記エアー駆動式自動弁３の制御部１１には他方の下流側流路７から供給されるエアーが供給され、前記エアー駆動式自動弁３が閉じられる。この他方の下流側流路７から供給されるエアーは電空変換器８で調整された圧力のエアーではないため、エアー駆動式自動弁３の開度を調整することはできないが、エアー駆動式自動弁３を閉状態にすることができる。

なお、駆動エアー源４と駆動エアー用蓄圧容器５の間には逆止弁１３が設けられているので、駆動エアー用蓄圧容器５に畜圧されたエアーが上流側（駆動エアー源４側）へ逆流することはなく、エアー駆動式自動弁３は閉状態を保つことができる。
このように本発明のエアー駆動式自動弁の制御装置を用いることにより、エアー駆動式ノーマリー・オープン弁をノーマリー・クローズ弁のごとく制御することができる。

［発明を実施するための異なる形態］
次に、図４ないし図６に示す本発明を実施するための異なる形態につき説明する。なお、これらの本発明を実施するための異なる形態の説明に当って、前記本発明を実施するための第１の形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略する。

図４ないし図６に示す本発明を実施するための第２の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、圧力計１２の代わりに駆動エアー源の圧力を監視し、駆動エアー源の圧力が所定圧力以下となった場合に、前記電磁式自動弁９、１０を非電磁状態に制御する圧力監視装置１４を用いた点で、このようなエアー駆動式自動弁の制御装置１Ａにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られるとともに、停電時だけではなく、駆動エアー源の圧力が低下した場合にもエアー駆動式自動弁３を閉状態に制御することができる。

図７ないし図９に示す本発明を実施するための第３の形態において、前記本発明を実施するための第１の形態と主に異なる点は、電磁式自動弁９、１０を用いずに２本の下流側流路６、７の合流地点に電磁式３方向切替弁１５を用いた点で、このようなエアー駆動式自動弁の制御装置１Ｂにしても、前記本発明を実施するための第１の形態と同様な作用効果が得られる。なお、本実施の形態において、前記電磁式３方向切替弁１５は一方の下流側流路６の接続部についてはノーマリー・クローズとなり、他方の下流側流路７の接続部についてはノーマリー・オープンとなるように接続されている。

なお、本実施の形で使用される電磁式３方向切替弁はユニバーサルタイプの切替弁を用いても良い。また、本発明を実施するための第２の形態のように駆動エアー源の圧力が低下した場合に電磁式３方向切替弁の流路を切り替える圧力監視装置を設けても良い。
本発明の実施の形態において、エアー駆動式自動弁３として背圧弁を用いて説明したが、本発明はこれに限られず、通常時の圧力調整が容易なエアー駆動式ノーマリー・オープン弁であれば、どのようなものを用いてもよい。

本発明はエアー駆動式自動弁を使用する産業で利用される。

１、１Ａ、１Ｂ：エアー駆動式自動弁の制御装置
２：配管、 ３：エアー駆動式自動弁、
４：駆動エアー源、 ５：駆動エアー用蓄圧容器、
６：一方の下流側流路、 ７：他方の下流側流路、
８：電空変換器、 ９：電磁式自動弁、
１０：電磁式自動弁、 １１：制御部、
１２：圧力計、 １３：逆止弁、
１４：圧力監視装置、 １５：電磁式３方向切替弁。

Claims (3)

1. 高圧ガス又は高圧ガスを含む混合流体が流れる配管に用いられるエアー駆動式自動弁の開閉を制御するエアー駆動式自動弁の制御装置であって、前記エアー駆動式自動弁を駆動させるためのエアーを供給する駆動エアー源と、該駆動エアー源の下流に設けられた駆動エアー用蓄圧容器と、該駆動エアー用蓄圧容器に設けられた２本の下流側流路と、該２本の下流側流路の一方の流路に設けられた電空変換器と、該電空変換器の下流に設けられたノーマリー・クローズの電磁式自動弁と、前記２本の下流側流路の他方の流路に設けられたノーマリー・オープンの電磁式自動弁と、前記ノーマリー・クローズの電磁式自動弁及びノーマリー・オープンの電磁式自動弁の下流に接続された前記エアー駆動式自動弁の制御部とで構成されることを特徴とするエアー駆動式自動弁の制御装置。
2. 高圧ガス又は高圧ガスを含む混合流体が流れる配管に用いられるエアー駆動式自動弁の開閉を制御するエアー駆動式自動弁の制御装置であって、前記エアー駆動式自動弁を駆動させるためのエアーを供給する駆動エアー源と、該駆動エアー源の下流に設けられた駆動エアー用蓄圧容器と、該駆動エアー用蓄圧容器に設けられた２本の下流側流路と、該２本の下流側流路の一方の流路に設けられた電空変換器と、該電空変換器の下流に設けられたノーマリー・クローズの電磁式自動弁と、前記２本の下流側流路の他方の流路に設けられたノーマリー・オープンの電磁式自動弁と、前記ノーマリー・クローズの電磁式自動弁及びノーマリー・オープンの電磁式自動弁の下流に接続された前記エアー駆動式自動弁の制御部と、前記駆動エアー源の圧力を検知するとともに、駆動エアー源が所定圧力以下となった場合に前記電磁式自動弁を非電磁状態に制御する圧力監視装置とで構成されることを特徴とするエアー駆動式自動弁の制御装置。
3. 前記エアー駆動式自動弁は背圧弁であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のエアー駆動式自動弁の制御装置。

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