JPH01310409A - 漏入空気モニター制御方法及び装置 - Google Patents

漏入空気モニター制御方法及び装置

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JPH01310409A
JPH01310409A JP1045031A JP4503189A JPH01310409A JP H01310409 A JPH01310409 A JP H01310409A JP 1045031 A JP1045031 A JP 1045031A JP 4503189 A JP4503189 A JP 4503189A JP H01310409 A JPH01310409 A JP H01310409A
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JP
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valve
flow
signal
bag
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JP1045031A
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English (en)
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Michael Twerdochlib
マイケル・ツワードチリブ
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Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00Measuring a proportion of the volume flow

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービン・システム用漏人空気モニター、特に
、この種のモニターに組み込まれる流量計の動作を制御
する方法及び装置に係わる。
閉パイプ内を移動する気体の体積流量は流量計をパイプ
流路内に直接配置することによって常時測定される。例
えば、0.9438dm3乃至23.59dm’/mi
nというような比較的低いレベルの流量を比較的太いパ
イプ、例えば、直径が150+++m以上のパイプ内で
モニターする場合、低レベル流量をもつと細いパイプに
迂回させれば、流速を増大させて測定精度を高めること
かできる。例えば、タービン構成部分の腐食を最小限に
抑え、低圧タービン翼の振動を軽減するため、蒸気ター
ビンにおける漏入空気を積極的に排出させる。正常動作
状態における漏入空気量を4.7dm3/min以下に
抑える努力がなされているものの、タービンの始動段階
では1321dm3/minにも達する可能性がある。
この広範囲に亘る流量を排出させるように設計されてい
る高圧縮比ポンプは低背圧下で動作しなければならない
。さもないと過度の排気背圧がポンプのシールを破損さ
せるおそれがある。従って、ポンプが多量の空気を排出
させる時の背圧上昇をできるだけ小さくするため排気管
の口径は少なくとも150mm、管が長い場合ならそれ
以上となる。
従来このような排気管における体積排気流量の測定に使
用されている速度に基づく流量計は許容し得る精度レベ
ルを維持するため少なくとも約15.24m/minの
流速を必要とした。ところが150mm管を通過する0
、4719dm3/minの速度はせいぜい1.524
m/min程度である。そこで、排気流速を体積流量測
定に必要なレベルにまで上げるためには排気管よりもは
るかに内径が小さい流量≠モニターを通過するようにタ
ービンからの排気を迂回させる必要があった。理由こそ
違え、容積型流量計にも同様の制約がある。即ち、この
種の流量計は0゜9438dm3/min というよう
な低流量を高精度で読み取るが、流量が増大するとメー
ターを通過する流量を抑えるためにバイパスしなければ
ならない。流量計を排気管と並列に接続する場合、排気
流を流量計へ分岐させるためのバイパス弁は連続的なモ
ニターを可能にするため排気管を完全にシールしなけれ
ばならない。排気流量が増大すると、バイパス弁を迅速
に開放することにより、比較的内径の小さい流量計を大
量の気体が通過することによって生じる過度の背圧を回
避する。
制御弁として袋井を利用してこのような迅速な開放動作
を行なうバイパス弁が既に開発されている。袋井は木質
的にはその内部の気圧を制御することによって膨張収縮
させることができるように流路内に固定配置された細長
い風船または袋である。この公知の袋井にあっては、差
圧測定値に基づいて動作が行なわれる。即ち、排気管内
の圧力を利用して袋井の動作を制御する。しかし、経験
に照らして、このような制御方式は袋弁または制御弁の
振動を招き、制御弁が開いている時流量測定値を実際よ
りも低い値として誤読させるおそれ克服するバイパス弁
または流量制御弁の制御方法及び制御装置を提供するこ
とにある。
本発明が提供するバイパス弁の制御方法及び制御装置は
比較的低コストであり、信頼性が高く、差圧測定を必要
としない。
本発明は上記目的を、袋形常開バイパス弁と並列のバイ
パス管に接続され、通過する流量を表わす信号を出力す
る流量計を迂回するために蒸気タービン漏入空気排気管
に設けた前記バイパス弁の動作を、流量計からの、該流
量計を通過する流量を表わす信号を第1所定流量に対応
する基準信号と比較することにより制御する方法であっ
て、前記比較の結果、流量計を通過する流量が第1所定
流量以下であることが判明したら弁開成信号を発生させ
;弁が閉じている間、流量計からの信号を漏入空気排気
流量を表示する信号に変換し;排気流量が第2所定流量
を超えるのを検知し;検知のせ、弁を通過させる弁開放
信号を発生させ;上記段階のそれぞれを順次繰り返すこ
とによって弁の動作を制御することを特徴とする袋形常
開バイパス弁の動作を制御する方法によって達成する。
好ましい実施例の1つとして、大口径流路管内に配置さ
れた膨張収縮自在な袋として構成した常閉高速作動バイ
パスまたは制御弁との関連で本発明を説明する。適当な
低圧気体で袋を膨張させることによって弁を閉じて、袋
の内圧よりも低い流路管の内圧をシールする。故障モー
ドでは、管の内圧が袋の内圧よりも高くなり、管内の流
体が袋の周りを流動できる程度にまで袋を収縮させる。
本発明の好ましい実施例では、蒸気タービン排気管を通
って排気される低圧気体を弁バイパス管に配置した流量
計へ分流させる制御弁を配設する。流量計は2つの異な
るモードで作用する。第1流量測定モードにおいては、
制御弁を閉じることによって気体流を完全に流量計に分
流させる。
第2弁制御モードにあっては、流量計がバイパス弁の制
御に利用され、直接的な流量測定は行なわない。排気管
流量を示す流量計からの信号が両モードの弁別に利用さ
れる。制御弁が完全に開放された状態で気体が流量計を
流れるようにするためには排気管内になんらかの絞り手
段を配置してもよい。
本発明のさらに詳細な内容は添付図面に沿って以下に述
べる好ましい実施例の説明から明らかになるであろう。
第1図には大型蒸発タービン・システム14から澗人空
気を除去する排気管の第1及び第2区間12A、12B
の間に常態で低圧の気体流を密閉するバイパス弁装置1
0の一実施例を示した。バイパス弁装置10は円筒形内
壁24、外壁26、第1排気管区間12Aに接続される
第1端28及び第2排気管区間12Bに接続される第2
端32を有する管22内に軸線21を中心に配置された
膨張収縮自在な袋20から成る。袋20は例えば加硫ま
たは合成ゴムのようなエラストマー材で形成すればよい
剛性の袋支持管34が内壁24を貫通して管22内へ延
びて膨張用気体を袋20へ送入したり袋20から抜いた
りすると共に、管に沿った気体流の力に抗して袋を固定
位置に保持する。袋20の第1端38を気密関係に貫通
して袋の第2端40に達するカニユーレ36により軸線
に沿って袋20を着脱自在に支持する。カニユーレ36
の第1端42は螺脱自在に袋支持管34に螺着される。
カニユーレ36は第1図に破線20Aで示す収縮状態か
ら袋20を急速に膨張させるための複数の間隔を保つ孔
46を含む。
管22からその外側に出ている袋支持管34の外側区間
54を、2位置ソレノイド弁60を介して選択的に給気
管56または排気管58と流体連通させる。給気管56
は袋膨張ポンプ57から与圧気体を受ける。袋膨張ポン
プ57から供給される気体の圧力は常態において第1区
間12Aを流れる比較的低圧の気体よりもやや大きく、
例えば6.895kPa (1psig)以下である。
袋支持管34の外側区間54とその途中の位置で接続す
る圧力モニター62は袋20と流体連通関係にある。圧
力モニター62は袋の内圧が完全に袋を膨張させるのに
必要な最小圧以下になると警告信号を発する電気的また
は液圧式スイッチ63と接続している。
袋支持管34が給気管56に接続されているのにスイッ
チ63が警告信号を発する場合には、袋20に著しい気
体漏れが存在して袋20が完全に膨張出来ないことを意
味する。軽度の気体流れを検知するには、袋膨張ポンプ
57とソレノイド弁60の間の給気管56にフロー・イ
ンピーダンスを加えればよい。
常態では低圧の気体流をシールするためのバイパス弁装
置の操作方法は、袋20を給気管56と流体連通関係に
するようにソレノイド弁60の位置を選ぶ段階を含む。
その結果、袋20は袋膨張ポンプの圧力まで膨張する。
僅かな袋からの漏れを克服するため給気管56を袋20
と流体連通関係に維持する。もし気体漏れが袋20の完
全な膨張を妨げると、電気的または液圧式スイッチ63
が警告信号を発する。第1及び第2排気管区間12A、
12Bの間での気体流の圧力が所定値以上になると、ソ
レノイド弁60が元の位置に戻って袋20を排気管58
と流体連通させることにより袋を収縮させる。
第2図は蒸気タービン装置のコンデンサー72から排出
される漏入空気の体積流量を測定する漏入空気モニター
(AIM)システム70におけるバイパス弁10を示す
。第2図中の参照番号のうち、第1図中の参照番号と一
致するものは先にバイパス弁装置10について述べたの
と同様の部分を指す。
袋バイパス弁装置10は第1及び第2排気管区間76A
、76Bの間に配置される。排気ポンプ74は第1排気
管区間78Aとコンデンサー72の間にあってコンデン
サー72からの漏入空気を排気管区間76A、76Bを
介して排出する。排気ポンプ74は蒸気エゼクタ−と真
空ポンプまたはホッガーを組み合わせて構成すればよい
。流量計78は膨張収縮自在な袋20の第1側82で管
22にその第1一端28付近で接続された第1小口径管
80から給気されるように配置され、第2小口径管84
は流量計78から膨張収縮自在な袋2oの第2側85で
管22の第2端32付近へ気体を還流させるように配置
されている。
電気回路またはマイクロプロセッサ−を用いたコントロ
ーラー86が第1及び第2信号線88.90を介して流
量計78及び圧力スイッチ63h)らのデータをモニタ
ーするように接続されている。真空ポンプ74とバイパ
ス弁装置68の間に介在させた第2圧力モニター94は
第3信号線96を介してコントローラー86へ、管80
内に比較的高い背圧が存在するかどうかを示す信号を送
る。コンデンサー72に組み込まれた第3圧力モニター
100は第4信号線102を介してコントローラー86
に対して漏入空気の増大とこれに対応するコンデンサー
内の比較的高い背圧の存在を早期に警告する。
所定の基準値に基づき、コントローラー86は第5信号
線103を介してソレノイド弁60の位置を調整するこ
とにより給気管56から袋20に膨張圧を供給させるか
、または排気管58を介して袋20を収縮させる。急速
に袋を膨張させたい時は並列に組み合わせた高速閉鎮ソ
レノイド・ストップ弁104及びフロー・インピーダン
ス106を介してポンプ57を比較的高容積の気体供給
源に接続すればよい。
コントローラー86が第6信号線108を介してソレノ
イド・ストップ弁104を作動することによりポンプ5
7かも比較的高容積流量の気体を噴射させて袋20を膨
張させる。ソレノイド弁104が閉じると、例えば小口
径オリフィスから成る並列インピーダンス106が給気
管56を介して一定の低圧、低容積気体流量を供給して
袋の膨張に必要な圧力を維持する。このインピーダンス
106は僅から袋漏れも検知できるように圧力モニター
62の感度を高める。袋20を急速に収縮させるには、
ポンプ74とコンデンサー72の間の比較的低圧の管1
10に沿ってポンプ74によって発生される部分真空区
域に排気管58を接続する。
AIMシステム70による流量測定方法は次の通りであ
る。漏入空気が比較的少ないと考えられるタービンの定
常状態にあっては、排気ポンプ74からの流れを流量計
78へ分岐させても著しいポンプ背圧が発生することは
ない。モニター94.100によって測定される背圧が
許容し得る程度に低いことを確認すると、コントローラ
ー86は第5信号線103を介して信号を供給して、給
気管56から給気されて袋20を膨張させるようにソレ
ノイド弁60を移動させる。これにより、直接、管22
を通って第2排気管区間76Bに至る比較的低圧の気体
流が完全にブロックされる。
袋膨張ポンプ57及び給気管56が高容積気体を供給す
ると、コントローラー86が所定の短い時間だけ高速閉
成ソレノイド・ストップ弁104を開くことによって袋
20を急速に膨張させ、排気管第2区間76Bを通る流
れをブロックする。コントローラー86がソレノイド・
ストップ弁104を閉じたのち、袋20に些細な漏れが
あるならこれを克服するためインピータンス106が比
較的低い最大流量を維持する。袋20の完全な膨張を妨
げるような大きい漏れは圧力スイッチ63を介してコン
トローラー86により検知される。袋20が膨張したら
、流量計78は線88を介してコントローラー86に対
して、排気管の第1及び第2区間76A、76B間にお
ける体積流量を示す信号を送る。流量計78からの、ま
たは圧力モニター94.100のいずれかからの信号が
所定値を超えると信号線lO3を介してコントローラー
指令が送られバイパス弁68が開く。ソレノイド弁60
はコントローラー指令に応答して給気管56をシールし
、袋支持管34から排気管58へ圧力を逃す。排気管5
8が比較的低圧の管110の部分真空区域と接続すると
、袋はもっと迅速に収縮する。
コントローラーによるバイパス弁装置の調整が不可能に
なったり、ソレノイド弁60が勅かなくなって給気管5
6が袋20と接続したままであっても、真空ポンプ背圧
が給気管56からの袋膨張圧を超えるとバイパス弁装置
は空気流の通過を許す。モニター94,100のいずれ
かによって測定される圧力を袋20を収縮させる基準と
して利用する場合、袋が収縮したのち所定時間に亘って
袋20の膨張を遅らせるようにコントローラー86をプ
ログラムすればよい。これにより、漏入空気が多い時バ
イパス弁が開閉サイクルを連続的に繰り返すのを防止す
ることになる。
第3図には第2図のAIMシステム70に利用される本
発明の実施例を示してあり、それぞれのシステムにおけ
る同様の部分には第2図と共通の参照番号を付した。構
成部分の重要な相違は圧力モニター62、圧力モニター
94及び圧力モニタ−100の後方にある。既に述べた
ように、弁10は流量が所定値、典型的には約23.5
9dm’10Iin以下になると閉じて気体を流量計7
8に分流させる。
流量が所定値以上になると弁10が開いて気体の一部が
流量計78を迂回できるようにする。既に述べたように
、従来のシステムでは、制御弁10は場合によっては弁
を振動させる差圧に応答して作動された。このような振
動を軽減するのに手動リセットやタイマーが利用された
。第3図に示す本発明のシステムでは、流量計78によ
って弁10が制御される。
流量計78は2通りの異なるモードで作動される。弁1
0の開放が行なわれる所定流量、典型的には約23.5
9dm3/min以下では流量計78が1流量測定モー
ド“で動作する。このモードは約0.9438dm3乃
至約24.06dm3/minの範囲に亘る。
24.06dm3/miロ以上になると弁10が開放さ
れ、流量計78は゛弁制御モード”で動作し、直接流量
測定を行なわない。
説明の便宜上、流量計78がこれを通過する気体流量に
比例する電気的出力信号を線88を介して供給すると想
定する。例えば、流量計が1ポルh / 0.4719
dll+37m1nのスケールの出力を形成すると想定
する。流量計出力が約2乃至51ボルトなら、制御弁1
0が閉じる。流量計78からの信号を受信した制御プロ
セッサー86が流量の局部読みを出力する。プロセッサ
ー86内で流量計信号が基準または引きはずし値と比較
される。もし流量計信号が51ボルト以上で、流量が2
4.06dm3/n+in以上であることを指示すれば
、局部読みを、゛固定°゛または最大値に相当する基準
値に切り換えてバイパス弁が開放位置にあること、流量
がオフ・スケールである(即ち23.59 dm3/m
in以上である)ことを指示することができる。感知さ
れた流量は弁60に至る線103上の信号の発生にも影
響して弁60を“放気”位置に切り換えることにより弁
10内の袋20を急速に収縮させる。他のタイプのバイ
パス弁を採用すれば、線103に現われる18号を利用
して弁を開放位置へ移行させることになるのはいうまで
もない。さらにまた、流量計の動作は“流量測定モード
”から゛°弁制御モート′°に切り換えられる。
袋20及びその支持管34を含めて、弁10の寸法及び
その内部の流体制限要素の設置は管80及び流量計78
を通る流量が弁10を通る所与の流量に対して既知の値
となるように行なう。例えは、弁10を通る流量が24
.06dm’/minならば、管80を通る流量が2.
406dm3/minとなるように設定すればよい。シ
ステムが“弁制御モードパに切り換えられているなら、
流量計出力信号を、流量測定モードに使用される51ボ
ルト基準とではなく、5ボルト基準と比較すればよい。
従って、弁制御モードでは、流量が23.59dm’/
win以上である限り、バイパス弁10は開放されたま
まである。
流量計78からの信号が5ボルト基準値以下に低下する
と、プロセッサー86はシステムを再び流量測定モード
に切り換え、線103を介して信号を出力して弁60を
与圧位置に切り換え、袋20を膨張させる。第4図は流
量計78に応答するシステムの動作を示す。制御のため
、及び振動回避のため、約1ボルト即ち、0.4719
dm3/minのヒステリシス・ゾーンを設ける。流量
計78は概ね正確な流量測定を行なうから、ヒステリシ
ス・ゾーンを挟めることができる。また、もし図示のよ
うな袋井を採用すれば、ゆっくり、かつ円滑に動作する
から、機械的バイパス弁に見られる急激な過渡現象が起
こる可能性は極めて少ないから流量計78の信号をフィ
ルターする必要がない。
さらにまた、弁10が開放状態にある時、流量計78か
らの信号をモニターすることで流量の近似値を知ること
ができる。第4図に112で示すように、流量計信号は
異なるスケールで流!114をほぼ追跡する。線114
は24.06dff13/min以下の流量における流
量計の応答を表わし、線116.118はICFMヒス
テリシス帯を挟む流量測定モードと弁制御モードの切り
換え点を表わす。
S5図は第3図のシステムの動作を機能フローチャート
で示したものである。ブローツク120における手動に
よるシステム始動でバイパス弁10が閉し、初期流量測
定が可能となる。流量が24.06dm3/min以上
であるか以下であるかに応じて、システムは弁制御モー
ド (CF M > 24.06dm3/min、ブロ
ック122)または流量測定モード(CF M > 2
4.06d1113/min、ブロック124)を選択
する。弁制御モードの場合、バイパス弁10が開放され
 (袋弁20が収縮する、ブロック126)、流量計信
号は1/Nにスケールされる。もしNを10とすれば2
4.06dm3/minの流量に対応して5,1ボルト
という目盛値を設定することができる。この時点におい
て実行できる他の2つの動作はスケールされた流量計出
力を表わすアナログ信号を制御用として十是イ共するブ
ロック12Bにおけるオーバレンジ・アナログ出力と、
オーバレンジ状態を明滅表示するように表示をセットす
るブロック130における信号出力である。ブロック1
32.134は流量が23.59dm”/min以下に
低下するのを検知するための流量モニター機能を示す。
ブロック136は弁制御モードの終了を指示する。
システムが流量測定モードで動作する場合、ブロック1
24からスタートし、ブロック138において実流量が
表示される。ブロック140,142は過度の漏入空気
が排出されつつあるかどうかを確認するためのチエツク
を指示し、問題が生じる可能性につき指示する。基準と
なるアラーム設定値は23.5’ld+n3/minと
すればよい。もし過度の漏入空気が検知されると、アラ
ームが引きはずされる (ブロック144)。ブロック
146.14Bは圧力チエツクを表わす。弁における圧
力が> 6.895kPaなら、AIMの誤動作を意味
し、AIMシステムが引きはずされる (ブロック15
0)。不能化されたら、AIM制御を再開するために手
動リセットが必要となる(ブロック152)。ブロック
154はバイパス弁10として袋を使用する場合なら袋
圧のチエツクを表わす。袋圧が所定時間、例えば、2分
間以内に1 psigに達しないと、誤動作が予想され
るからAIMシステムが引きはずされる。
本発明の関連分野における当業者には明白であろうが、
新規のバイパス弁装置を上記以外の態様で実施すること
によってその応用範囲を広げることができる。さらに、
これも当業者には明白なように、本発明の実施に際して
は特許請求の範囲に限定した本発明の思想及び範囲を逸
脱することなく、特定の機能に応じて上記実施例の構造
、要素及び配列に種々の変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はバイパス弁の1実施例の詳細を示すため流ね方
向を縦断した部分断面図である。 第2図は第1図のバイパス弁を利用する蒸気タービン用
バイパス流量計モニター装置の概略図である。 第3図は本発明の好ましい実施例として構成されたバイ
パス弁制御装置の概略図である。 第4図は流量計によって制御される第3図の漏入空気モ
ニターの作用を示すグラフである。 第5図は本発明のシステムの作用を表わすフローチャー
トである。 10・・・・バイパス弁装置 14・・・・蒸気タービン 20・・・・袋井 78・・・・流量計 出願人:  ウエスチンクへウス・エレクトリック・コ
ーポレーション化 理 人・加 藤 紘 一部(ばか1
名)←−一 慕 ”     FIG、4

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)袋形常開バイパス弁と並列のバイパス管に接続さ
    れ、通過する流量を表わす信号を出力する流量計を迂回
    するために蒸気タービン漏入空気排気管に設けた前記バ
    イパス弁の動作を、流量計からの、該流量計を通過する
    流量を表わす信号を第1所定流量に対応する基準信号と
    比較することにより制御する方法であって、 前記比較の結果、流量計を通過する流量が第1所定流量
    以下であることが判明したら弁閉成信号を発生させ; 弁が閉じている間、流量計からの信号を漏入空気排気流
    量を表示する信号に変換し; 排気流量が第2所定流量を超えるのを検知し;検知の結
    果、流量計を通過する流量が第2所定値よりも大きいこ
    とが判明したら漏入空気排気管を迂回させ、弁を通過さ
    せる弁開放信号を発生させ; 上記段階のそれぞれを順次繰り返すことによって弁の動
    作を制御する ことを特徴とする袋形常開バイパス弁の動作を制御する
    方法。
  2. (2)第2所定値を第1所定流量よりも高い流量に設定
    する段階を含む請求項第(1)項に記載の方法。
  3. (3)排気管を有し、該排気管を介してタービンから排
    気される空気を選択的にブロックするため排気管内にバ
    イパス弁を配置した蒸気タービン漏入空気排気系のため
    の漏入空気モニター制御装置であって、 タービンから排気される空気のバイパス流路として前記
    バイパス弁と並列に接続され、前記バイパス流路を通過
    する流量を表わす信号を出力する流量計手段と; 前記流量計手段からの前記出力信号を受信して第1及び
    第2流量をそれぞれ表わす第1及び第2所定値と前記出
    力信号を比較し、前記流量計手段を通過する流量が第1
    流量以下になると第1モードで動作して前記流量計手段
    からの出力信号を表示信号に変換して前記流量計を通過
    する流量の視覚表示を可能にし、前記流量計を通過する
    流量が第2流量以上になると第2モードで動作して前記
    バイパス弁の動作を制御し、前記第1モード中は前記バ
    イパス弁を閉じる信号を出力し、前記第2モード中は前
    記バイパス弁を開く信号を出力するプロセッサー手段と
    、 を有することを特徴とする漏入空気モニター制御装置。
  4. (4)前記第1流量が前記第2流量よりも大きいことを
    特徴とする請求項第(3)項に記載の装置。
  5. (5)前記バイパス弁が開放状態にある時、これを通過
    する空気流を制限して、少なくとも所定の空気流が前記
    流量計手段を通過するようにする手段を前記バイパス弁
    に組み込んだことを特徴とする請求項第(4)項に記載
    の装置。
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