KR101814274B1

KR101814274B1 - 유량 제어 밸브

Info

Publication number: KR101814274B1
Application number: KR1020160039181A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 소메야; 히로아키 나리타; 마코토 사루와타리; 도모후미 오하시
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2018-01-02
Also published as: US20160291606A1; JP2016192039A; CN106015687B; CN106015687A; KR20160117358A; US9665105B2

Abstract

본 발명은 복잡한 구성을 채택하지 않고, 저비용으로, 모든 개방도 범위에서 적절한 토크를 공급할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
테이블 기억부(20C)에, 밸브체(14)의 전후 차압과 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)의 관계를 나타내는 테이블(TA)을 기억시킨다. 제어부(20A)에 밸브 개방도 제어부(20A1)와 토크 제어부(20A2)를 설치한다. 밸브 개방도 제어부(20A1)는, 밸브 개방도 검출기(17)로부터의 실제 개방도 θpv를 밸브 개방도 실측치로 하고, 이 밸브 개방도 실측치 θpv가 밸브 개방도 설정치 θsp에 일치하도록 모터(16)에 구동 지령 MV를 보낸다. 토크 제어부(20A2)는, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 대응하는 토크를 테이블(TA)로부터 취득하고, 이 취득한 토크를 출력하도록 모터(16)에 지령(토크 출력 지령) T을 보낸다.

Description

유량 제어 밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은, 유로를 흐르는 유체의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

종래부터, 공조기에 대한 냉온수의 유량을 제어하는 공조 제어 시스템이 있다(예컨대 특허문헌 1, 2 참조). 이 공조 제어 시스템에서는, 공조기에 대한 냉온수의 공급 통로에 유량 제어 밸브(유량 제어변)를 설치하고, 이 유량 제어 밸브 내의 밸브체를 구동시켜, 냉온수가 흐르는 유로의 개폐량을 조절하도록 하고 있다.

통상, 유량 제어 밸브는, 공조 제어 장치로부터 설정 개방도(밸브 개방도 설정치)를 입력하는 한편, 밸브 개방도 검출기에 의해 검출되는 밸브체의 실제 개방도를 밸브 개방도 실측치로 하고, 이 밸브 개방도 실측치가 밸브 개방도 설정치에 일치하도록 밸브체의 구동을 제어한다. 이에 따라, 유량 제어 밸브가 설치되어 있는 유로에, 밸브 개방도 설정치로서 지시된 원하는 유량의 유체가 흐른다. 이러한 유량 제어 밸브를 개방도 제어형의 유량 제어 밸브라고 부르고 있다.

한편, 최근에는, 유량 제어 밸브 자신에게 유로를 흐르는 유체의 실유량을 계측하는 기능을 부가하여, 공조 제어 장치로부터는 종래의 설정 개방도(밸브 개방도 설정치)에 해당하는 설정 유량(설정 유량치)을 유량 제어 밸브로 보내고, 유량 제어 밸브에 있어서 수신한 설정 유량(설정 유량치)과 계측한 실유량(유량의 실측치)이 일치하도록 밸브체의 구동을 제어하는 것도 있다. 이에 따라, 유량 제어 밸브가 설치되어 있는 유로에, 설정 유량치로서 지시된 원하는 유량의 유체가 흐른다. 이러한 유량 제어 밸브를 유량 제어형의 유량 제어 밸브라고 부르고 있다.

예컨대, 특허문헌 3에는, 밸브체에 결합된 밸브축을 회전시키는 모터와, 밸브축의 회전 위치로부터 밸브체의 실제 개방도를 검출하는 밸브 개방도 검출기와, 밸브체의 전후 차압에 기초하여 실유량을 구하는 실유량 계측부(실유량 연산부)를 설치한 유량 제어 밸브가 개시되어 있다. 이 특허문헌 3에 개시된 유량 제어 밸브에서는, 개방도 제어 모드시에는, 밸브 개방도 검출기에 의해 검출되는 밸브체의 실제 개방도를 밸브 개방도 실측치로 하고, 이 밸브 개방도 실측치가 밸브 개방도 설정치에 일치하도록 모터에 의한 밸브축의 회전량을 제어하도록 하며, 유량 제어 모드시에는, 실유량 계측부(실유량 연산부)에 의해 구해지는 실유량을 유량의 실측치로 하고, 이 유량의 실측치가 설정 유량치에 일치하도록 모터에 의한 밸브축의 회전량을 제어하도록 하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 평11-211191호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평06-272935호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허 공개 제2009-245096호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허 공개 제2008-151293호 공보 특허문헌 5 : 일본 특허 공개 제2009-33913호 공보 특허문헌 6 : 일본 특허 공개 평8-247323호 공보

그러나, 일반적으로 밸브체에 결합된 밸브축을 모터로 구동시키는 타입의 유량 제어 밸브는, 개방도에 따라서 부하 토크가 상이하다. 밸브의 유로의 1차측으로부터 유입되는 유량이 일정하다는 조건에서, 전후 차압이 가장 많이 가해지는 완전 폐쇄 부근이 가장 부하 토크가 크고, 그것으로부터 개방하기 시작함에 따라서 차압이 작아져 가며, 그에 따라 부하 토크는 작아진다.

한편, 밸브를 구동시키는 전동 액추에이터는, 밸브측의 최대 부하 토크(즉 완전 폐쇄시 부근의 부하 토크)에 맞춰서 그 출력 토크(모터의 발생 토크나 기어의 감속비)를 설계하기 때문에, 예컨대 저출력 모터+고감속비의 기어 기구로서 설계한 경우, 완전 폐쇄시 부근의 부하 토크를 만족시키는 것은 가능하지만, 밸브 개방도 전역에 걸쳐 동작 스피드가 느리고, 동작 시간이 지나치게 길어져 제어성이 나빠져 버린다. 반대로, 고출력 모터(+저감속비의 기어 기구)를 이용하면, 동작 시간은 짧아지지만, 완전 폐쇄 부근이 잉여 토크가 되기 때문에, 모터의 비용 증가를 초래해 버린다.

또, 토크에 따라서 동력을 전환하는 기술 등이 다수 있지만(예컨대, 특허문헌 4 참조), 토크에 따라서 동력 전달을 전환하는 기구를 설치함으로써 기구가 복잡해지거나 대형화할 우려가 있다. 또한, 모터의 부하 토크에 따라서 모터의 출력을 제어하는 기술도 있지만(예컨대, 특허문헌 5 참조), 부하 토크 검지 등 토크 제어 전용의 복잡한 제어 회로가 필요해지고 고비용이 된다. 또한, 특허문헌 6에 개시된 유량 제어 밸브에서는, 개방도 정보를 이용하여 큰 토크가 필요한 완전 폐쇄 부근에서 토크를 증대시키도록 하고 있지만, 중간 개방도 등 그 밖의 개방도 부분에서 과잉의 토크를 공급하고 있을 가능성이 발생한다. 과잉의 토크가 공급되면 쓸데없는 전력이 생긴다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 복잡한 구성을 채택하지 않고, 저비용으로, 모든 개방도 범위에서 적절한 토크를 공급하는 것이 가능한 유량 제어 밸브를 제공하는 것에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유체가 흐르는 유로의 개폐량을 조절하는 밸브체와, 밸브체에 결합된 밸브축과, 밸브축을 구동시키는 구동부와, 밸브체의 1차측의 유체의 압력과 2차측의 유체의 압력의 차압을 검출하는 차압 검출부와, 밸브체의 전후 차압과 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 기억하는 차압-토크 기억부와, 유로에 원하는 유량의 유체가 흐르도록 구동부에 의한 밸브축의 구동량을 제어하는 구동량 제어부와, 차압-토크 기억부에 기억되어 있는 관계로부터 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압에 대응하는 토크를 구하고, 이 토크를 출력하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동 토크를 제어하는 구동 토크 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 밸브체의 1차측의 유체의 압력과 2차측의 유체의 압력의 차압이 검출되고, 이 검출된 밸브체의 전후 차압에 대응하는 토크가 차압-토크 기억부에 기억되어 있는 관계로부터 구해지며, 이 토크를 출력하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동 토크가 제어된다.

즉, 본 발명에서는, 구동부를 예컨대 모터로 한 경우, 밸브(밸브체)의 토크 변동이 아니라, 밸브의 차압 정보(전후 차압)로 모터의 출력 토크(밸브축의 구동 토크)가 제어된다. 밸브는 전후 차압에 의해 필요한 부하 토크가 변동한다. 따라서, 본 발명에서는, 밸브의 차압 정보를 바탕으로, 차압에 의해 구동부에 의한 밸브축의 구동 토크를 제어하여, 최적의 토크를 제공한다. 이에 따라, 토크에 따라서 동력 전달을 전환하는 기구를 설치하거나, 부하 토크 검지 등 토크 제어 전용의 복잡한 제어 회로를 설치하거나 하지 않고, 저비용으로, 모든 개방도 범위에서 적절한 토크를 공급하는 것이 가능해진다.

본 발명에 있어서, 구동부를 모터로 한 경우, 전류나 전압을 가변으로 하여 출력 토크를 바꿀 수 있는 모터를 사용하는 것이 요구된다. 예컨대, 브러시리스 DC 모터, 스텝핑 모터 등을 사용하는 모터의 대표예로서 들 수 있다.

본 발명에서는, 차압-토크 기억부에 밸브체의 전후 차압과 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 기억시키지만, 밸브체의 개방도를 조합하는 것으로 해도 좋다. 즉, 밸브체의 전후 차압과 밸브체의 개방도와 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 차압-토크 기억부에 기억시키도록 해도 좋다. 이 경우, 밸브축의 구동 위치로부터 밸브체의 실제 개방도를 검출하는 밸브 개방도 검출기를 구비하는 것으로 하고, 차압-토크 기억부에 기억되어 있는 관계로부터 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압과 밸브 개방도 검출기에 의해 검출된 밸브체의 실제 개방도에 대응하는 토크를 구하며, 이 토크를 출력하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동 토크를 제어하도록 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 구동량 제어부는 유로에 원하는 유량의 유체가 흐르도록 구동부에 의한 밸브축의 구동량을 제어하지만, 이 밸브축의 구동량 제어에는 유량 제어 방식을 채택해도 좋고, 개방도 제어 방식을 채택해도 좋다.

유량 제어 방식을 채택하는 경우, 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압에 기초하여 유로를 흐르는 유체의 실유량을 구하는 실유량 연산부를 설치하는 것으로 하고, 실유량 연산부에 의해 구해지는 실유량(유량의 실측치)이 설정 유량치에 일치하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동량을 제어하도록 한다.

개방도 제어 방식을 채택하는 경우, 밸브축의 구동 위치로부터 밸브체의 실제 개방도를 검출하는 밸브 개방도 검출기를 설치하고, 밸브 개방도 검출기에 의해 검출되는 밸브체의 실제 개방도(밸브 개방도 실측치)가 밸브 개방도 설정치에 일치하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동량을 제어하도록 한다.

또한, 본 발명의 유량 제어 밸브는, 회전 밸브이어도 직동(直動) 밸브이어도 상관없다. 회전 밸브에서는, 밸브축의 회전에 따라 밸브체의 회전 위치가 변경되고, 그 밸브체의 회전 위치에 따라서 창부를 통과하는 유체의 유량이 변경된다. 직동 밸브에서는, 밸브축의 왕복 동작에 따라 유로와 밸브체의 간극량이 변경되고, 그 간극량에 따라서 유로와 밸브체의 간극을 통과하는 유체의 유량이 변경된다.

본 발명에 의하면, 밸브체의 전후 차압과 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 기억하도록 하고, 이 기억되어 있는 관계로부터 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압에 대응하는 토크를 구하며, 이 토크를 출력하도록 구동부에 의한 밸브축의 구동 토크를 제어하도록 했기 때문에, 복잡한 구성을 채택하지 않고, 저비용으로, 모든 개방도 범위에서 적절한 토크를 공급하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 유량 제어 밸브를 이용한 공조 제어 시스템의 일례를 나타내는 계장도(計裝圖)이다.
도 2는 이 공조 제어 시스템에 이용되고 있는 유량 제어 밸브(유량 제어변)의 일 실시형태(실시형태 1)의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태 2의 유량 제어 밸브의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시형태 3의 유량 제어 밸브의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태 4의 유량 제어 밸브의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 6은 회전 밸브의 구체적인 구성예를 나타내는 도면(평면 단면도)이다.
도 7은 직동 밸브의 구체적인 구성예를 나타내는 도면(측면 단면도)이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 유량 제어 밸브를 이용한 공조 제어 시스템의 일례를 나타내는 계장도이다.

도 1에 있어서, 1은 냉온수를 생성하는 열원기, 2는 열원기(1)가 생성하는 냉온수를 반송하는 펌프, 3은 복수의 열원기(1)로부터의 냉온수를 혼합하는 공급 헤더, 4는 공급 관로, 5는 공급 헤더(3)로부터 공급 관로(4)를 통해 보내오는 냉온수의 공급을 받는 공조기, 6은 환수 관로, 7은 공조기(5)에 있어서 열교환되어 환수 관로(6)를 통해 보내오는 냉온수가 복귀되는 환수 헤더, 8은 공급 헤더(3)로부터 공조기(5)에 공급되는 냉온수의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브(유량 제어변), 9는 공조기(5)로부터 송출되는 급기의 온도를 계측하는 급기 온도 센서, 10은 공조 제어 장치, 11은 공조기(5)의 코일, 12는 송풍기이다.

이 공조 제어 시스템에 있어서, 펌프(2)로부터 압송되어 열원기(1)에 의해 열량이 부가된 냉온수는, 공급 헤더(3)에 있어서 혼합되고, 공급 관로(4)를 통해 공조기(5)에 공급되며, 공조기(5)를 통과하여 환수 관로(6)에 의해 환수로서 환수 헤더(7)에 이르고, 다시 펌프(2)에 의해 압송되어, 이상의 경로를 순환한다. 예컨대, 냉방 운전의 경우, 열원기(1)에서는 냉수가 생성되고, 이 냉수가 순환한다. 난방 운전의 경우, 열원기(1)에서는 온수가 생성되고, 이 온수가 순환한다.

공조기(5)는, 제어 대상 영역으로부터 공조 제어 시스템으로 되돌아가는 공기[환기(還氣)]와 외기의 혼합기를, 냉온수가 통과하는 코일(11)에 의해 냉각 또는 가열하고, 이 냉각 또는 가열된 공기를 급기로서 송풍기(12)를 통해 제어 대상 영역으로 보낸다. 공조기(5)는, 냉방 운전과 난방 운전에서 공통의 코일(11)을 이용하는 싱글타입의 공조기이며, 이 공조기(5)에 순환시키는 냉온수의 환수 관로(6)에 본 발명에 따른 유량 제어 밸브가 유량 제어 밸브(8)로서 설치되어 있다.

[실시형태 1]

도 2는 이 공조 제어 시스템에 이용되고 있는 유량 제어 밸브(8)의 주요부를 나타내는 도면이다. 유량 제어 밸브(8)는, 공조기(5)를 통과한 냉온수가 유입되는 유로를 형성하는 관로(13)와, 이 관로(13)를 흐르는 유체의 유량(유로의 개폐량)을 조절하는 밸브체(14)와, 이 밸브체(14)에 결합된 밸브축(15)과, 이 밸브축(15)을 회전시키는 모터(16)와, 이 모터(16)의 구동축(16-1)에 연결된 밸브축(15)의 회전 위치[구동축(16-1) 부근의 회전 위치]로부터 밸브체(14)의 실제 개방도 θpv를 검출하는 밸브 개방도 검출기(17)와, 관로(13) 내의 밸브체(14)의 1차측의 유체의 압력을 1차 압력 P1로서 검출하는 1차측 압력 센서(18)와, 관로(13) 내의 밸브체(14)의 2차측의 유체의 압력을 2차 압력 P2로서 검출하는 2차측 압력 센서(19)와, 처리부(20)를 구비하고 있다.

처리부(20)는 제어부(20A)와, 차압 검출부(20B)와, 테이블 기억부(20C)를 구비하고 있다. 제어부(20A)는 밸브 개방도 제어부(20A1)와, 토크 제어부(20A2)를 구비하고 있다.

차압 검출부(20B)는, 1차측 압력 센서(18)로부터의 유체의 1차 압력 P1과, 2차측 압력 센서(19)로부터의 유체의 2차 압력 P2를 입력으로 하고, 1차 압력 P1과 2차 압력 P2의 차압을 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP로서 검출한다. 또, 1차측 압력 센서(18) 및 2차측 압력 센서(19) 대신에 차압 센서를 설치하여 차압 ΔP를 차압 센서에 의해 직접 검출하는 것도 가능하다.

테이블 기억부(20C)에는, 밸브체(14)의 전후 차압과 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)의 관계를 나타내는 테이블(TA)이 기억되어 있다. 이 밸브체(14)의 전후 차압과 모터(16)가 출력해야 할 토크의 관계는 실험에 의해 구해진 것이다.

또한, 모터(16)로는, 전류나 전압을 가변으로 하여 출력 토크를 바꿀 수 있는 모터를 사용하고 있다. 예컨대, 모터(16)로서, 브러시리스 DC 모터나 스텝핑 모터 등을 사용하고 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 처리부(20)는, 프로세서나 기억 장치로 이루어진 하드웨어와, 이들 하드웨어와 협동하여 각종 기능을 실현시키는 프로그램에 의해 실현된다.

이하, 처리부(20)에서의 제어부(20A) 내의 밸브 개방도 제어부(20A1) 및 토크 제어부(20A2)의 기능을 교차시키면서, 이 유량 제어 밸브(8)에서의 특징적인 처리 동작에 관해 설명한다.

또, 이 예에서는, 제어 대상 영역의 온도를 설정 온도로 유지하기 위해, 0~100%의 값을 취하는 설정 개방도(밸브 개방도 설정치) θsp가 공조 제어 장치(10)로부터 유량 제어 밸브(8)로 부여되는 것으로 한다.

유량 제어 밸브(8)에 있어서, 공조 제어 장치(10)로부터의 밸브 개방도 설정치 θsp는, 밸브 개방도 제어부(20A1)에 부여된다. 밸브 개방도 제어부(20A1)는, 밸브 개방도 검출기(17)로부터의 실제 개방도 θpv를 밸브 개방도 실측치로 하고, 이 밸브 개방도 실측치 θpv가 밸브 개방도 설정치 θsp에 일치하도록 모터(16)에 구동 지령 MV를 보낸다.

이에 따라, 밸브축(15)이 밸브체(14)와 함께 회전하고, 밸브 개방도 실측치 θpv가 밸브 개방도 설정치 θsp에 일치하며, 밸브 개방도 설정치 θsp로서 지시된 원하는 유량의 유체가 관로(유로)(13)를 흐르게 된다.

또한, 이 밸브 개방도 제어부(20A1)에 의한 밸브체(14)의 개방도의 제어[밸브축(15)의 회전량의 제어]시에, 토크 제어부(20A2)는 모터(16)의 출력 토크를 제어한다.

이 경우, 토크 제어부(20A2)는, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 대응하는 토크를 테이블 기억부(20C)에 기억되어 있는 테이블(TA)로부터 취득하고, 이 취득한 토크를 출력하도록 모터(16)에 지령(토크 출력 지령) T을 보낸다.

이에 따라, 모터(16)의 출력 토크가 제어되고, 그때의 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 따른 적절한 토크로 밸브축(15)이 회전한다.

이와 같이 하여, 본 실시형태에서는, 밸브 개방도 제어부(20A1)에 의한 밸브축(15)의 회전량의 제어시에, 그때의 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 따른 적절한 토크로 모터(16)의 출력 토크[밸브축(15)의 구동 토크]가 제어되는 것이 된다.

이에 따라, 토크에 따라서 동력 전달을 전환하는 기구를 설치하거나, 부하 토크 검지 등 토크 제어 전용의 복잡한 제어 회로를 설치하거나 하지 않고, 저비용으로, 모든 개방도 범위에서 적절한 토크를 공급할 수 있게 된다.

이 실시형태에 있어서, 제어부(20A)에서의 밸브 개방도 제어부(20A1)가 본 발명에서 말하는 구동량 제어부에 해당하고, 토크 제어부(20A2)가 구동 토크 제어부에 해당한다.

[실시형태 2]

도 2에 나타낸 예(실시형태 1)에서는, 제어부(20A)에 밸브 개방도 제어부(20A1)를 설치하고, 밸브 개방도 실측치 θpv가 밸브 개방도 설정치 θsp에 일치하도록 모터(16)에 구동 지령 MV를 보내도록 했다.

이에 비해, 실시형태 2에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리부(20)에 실유량 연산부(20D)를 설치하고, 제어부(20A)에 밸브 개방도 제어부(20A1) 대신에 유량 제어부(20A3)를 설치하도록 한다.

처리부(20)에 있어서, 실유량 연산부(20D)는, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브 개방도 검출기(17)에 의해 검출된 밸브체(14)의 실제 개방도 θpv를 입력으로 하고, 이 입력된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브체(14)의 실제 개방도 θpv를 미리 정해진 유량 연산식에 대입하여 관로(13)를 흐르고 있는 유체의 실유량 Qpv를 구한다.

제어부(20A)에 있어서, 유량 제어부(20A3)는, 실유량 연산부(20D)에 의해 구해진 관로(13)를 흐르고 있는 유체의 실유량 Qpv를 유량의 실측치로 하고, 이 유량의 실측치 Qpv가 공조 제어 장치(10)로부터의 설정 유량치 Qsp에 일치하도록 모터(16)에 구동 지령 MV를 보낸다.

이에 따라, 밸브축(15)이 밸브체(14)와 함께 회전하고, 유량의 실측치 Qpv가 설정 유량치 Qsp에 일치하며, 설정 유량치 Qsp로서 지시된 원하는 유량의 유체가 관로(유로)(13)를 흐르게 된다.

또한, 이 유량 제어부(20A3)에 의한 유량의 제어[밸브축(15)의 회전량의 제어]시에, 토크 제어부(20A2)는 실시형태 1과 동일하게 하여 모터(16)의 출력 토크를 제어한다.

즉, 토크 제어부(20A2)는, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 대응하는 토크를 테이블 기억부(20C)에 기억되어 있는 테이블(TA)로부터 취득하고, 이 취득한 토크를 출력하도록 모터(16)에 지령(토크 출력 지령) T을 보낸다.

이와 같이 하여, 본 실시형태에서는, 유량 제어부(20A3)에 의한 밸브축(15)의 회전량의 제어시에, 그때의 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 따른 적절한 토크로 모터(16)의 출력 토크[밸브축(15)의 구동 토크]가 제어되는 것이 된다.

이 실시형태에 있어서, 제어부(20A)에서의 유량 제어부(20A3)가 본 발명에서 말하는 구동량 제어부에 해당하고, 토크 제어부(20A2)가 구동 토크 제어부에 해당한다.

[실시형태 3]

도 2에 나타낸 예(실시형태 1)에서는, 테이블 기억부(20C)에 밸브체(14)의 전후 차압과 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)의 관계를 나타내는 테이블(TA)을 기억시키도록 했다.

이에 비해, 실시형태 3에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 밸브체(14)의 전후 차압과 밸브체(14)의 개방도의 조합에 대응한 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)를 나타내는 테이블(TB)을 테이블 기억부(20C)에 기억시키고 있다.

이 실시형태 3에 있어서, 토크 제어부(20A2)는, 밸브 개방도 제어부(20A1)에 의한 밸브체(14)의 개방도의 제어[밸브축(15)의 회전량의 제어]시에, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브 개방도 검출기(17)에 의해 검출된 밸브체(14)의 개방도 θpv에 대응하는 토크를 테이블 기억부(20C)에 기억되어 있는 테이블(TB)로부터 취득하고, 이 취득한 토크를 출력하도록 모터(16)에 지령(토크 출력 지령) T을 보낸다.

이에 따라, 모터(16)의 출력 토크가 제어되고, 그때의 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브체(14)의 개방도 θpv에 따른 적절한 토크로 밸브축(15)이 회전한다.

[실시형태 4]

도 3에 나타낸 예(실시형태 2)에서는, 테이블 기억부(20C)에 밸브체(14)의 전후 차압과 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)의 관계를 나타내는 테이블(TA)을 기억시키도록 했다.

이에 비해, 실시형태 4에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시형태 3과 마찬가지로 밸브체(14)의 전후 차압과 밸브체(14)의 개방도의 조합에 대응한 모터(16)가 출력해야 할 토크(출력 토크)를 나타내는 테이블(TB)을 테이블 기억부(20C)에 기억시키고 있다.

이 실시형태 4에 있어서, 토크 제어부(20A2)는, 유량 제어부(20A3)에 의한 유량의 제어[밸브축(15)의 회전량의 제어]시에, 차압 검출부(20B)에 의해 검출된 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브 개방도 검출기(17)에 의해 검출된 밸브체(14)의 개방도 θpv에 대응하는 토크를 테이블 기억부(20C)에 기억되어 있는 테이블(TB)로부터 취득하고, 이 취득한 토크를 출력하도록 모터(16)에 지령(토크 출력 지령) T을 보낸다.

또, 전술한 실시형태에서는, 밸브축의 회전에 따라서 밸브체의 회전 위치가 변경되는 회전 밸브를 예를 들어 설명했지만, 밸브축의 왕복 동작에 따라서 유로와 밸브체의 간극량이 변경되는 직동 밸브에서도 동일하게 하여 적용하는 것이 가능하다. 도 6에 회전 밸브의 구체적인 구성예(평면 단면도)를 나타내고, 도 7에 직동 밸브의 구체적인 구성예(측면 단면도)를 나타낸다.

도 6에 나타낸 회전 밸브(100)에 있어서, 밸브체(101)는, 유로(102)의 1차측으로부터 2차측으로 유체를 흘리는 창부(101a)를 갖고 있다. 액추에이터(구동부)(103)는, 밸브축(104)을 그 축심을 중심으로 하여 회전시킨다. 제어부(105)는, 액추에이터(103)에 의한 밸브축(104)의 회전량과 출력 토크를 제어한다. 이 회전 밸브(100)에서는, 밸브축(104)의 회전에 따라서 밸브체(101)의 회전 위치가 변경되고, 그 밸브체(101)의 회전 위치에 따라서 창부(101a)를 통과하는 유체의 유량이 변경된다. 또, 도 6에 있어서, 106은 밸브 개방도 검출기, 107은 1차측 압력 센서, 108은 2차측 압력 센서이다.

도 7에 나타낸 직동 밸브(200)에 있어서, 액추에이터(구동부)(203)는, 밸브축(204)을 그 축방향으로 왕복 동작시킨다. 제어부(205)는, 액추에이터(203)에 의한 밸브축(204)의 왕복의 동작량을 제어한다. 이 직동 밸브(200)에서는, 밸브축(204)의 왕복 동작에 따라서 유로(202)와 밸브체(201)의 간극량 h가 변경되고, 그 간극량 h에 따라서 유로(202)와 밸브체(201)의 간극을 통과하는 유체의 유량이 변경된다. 또, 도 7에 있어서, 206은 밸브 개방도 검출기, 207은 1차측 압력 센서, 208은 2차측 압력 센서이다.

또한, 전술한 실시형태 1, 2에서는, 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP에 대응하는 토크를 테이블(TA)로부터, 또한 실시형태 3, 4에서는, 밸브체(14)의 전후 차압 ΔP와 밸브체(14)의 개방도 θpv에 대응하는 토크를 테이블(TB)로부터 취득하도록(테이블 방식) 했지만, 식을 정하여 계산에 의해 구하도록(산술 방식) 해도 좋다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 공조 제어 시스템에서의 사용예로서 설명했지만, 공업 분야에 대한 응용이 가능하다. 특히, 프로세서 제어의 유량 제어 시스템에 적용 가능하다. 또한, 유체도 냉수ㆍ온수에 한정되지 않고, 기체 등 여러가지 유체에 응용이 가능하다.

[실시형태의 확장]

이상, 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 구성이나 상세에는, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 당업자가 이해할 수 있는 여러가지 변경을 할 수 있다.

8 : 유량 제어 밸브(유량 제어변) 13 : 관로
14 : 밸브체 15 : 밸브축
16 : 모터 17 : 밸브 개방도 검출기
18 : 1차측 압력 센서 19 : 2차측 압력 센서
20 : 처리부 20A : 제어부
20A1 : 밸브 개방도 제어부 20A2 : 토크 제어부
20A3 : 유량 제어부 20B : 차압 검출부
20C : 테이블 기억부 20D : 실유량 연산부
100 : 회전 밸브 101 : 밸브체
101a : 창부 102 : 유로
103 : 액추에이터 104 : 밸브축
105 : 제어부 106 : 밸브 개방도 검출기
107 : 1차측 압력 센서 108 : 2차측 압력 센서
200 : 직동 밸브 201 : 밸브체
202 : 유로 203 : 액추에이터
204 : 밸브축 205 : 제어부
206 : 밸브 개방도 검출기 207 : 1차측 압력 센서
208 : 2차측 압력 센서.

Claims

유체가 흐르는 유로의 개폐량을 조절하는 밸브체와,
상기 밸브체에 결합된 밸브축과,
상기 밸브축을 구동시키는 구동부와,
상기 밸브체의 1차측의 유체의 압력과 2차측의 유체의 압력의 차압을 밸브체의 전후 차압으로서 검출하는 차압 검출부와,
상기 밸브체의 전후 차압과 상기 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 기억하는 차압-토크 기억부와,
상기 유로에 원하는 유량의 유체가 흐르도록 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 구동량을 제어하는 구동량 제어부와,
상기 차압-토크 기억부에 기억되어 있는 관계로부터 상기 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압에 대응하는 토크를 구하고, 이 토크를 출력하도록 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 구동 토크를 제어하는 구동 토크 제어부와,
상기 밸브축의 구동 위치로부터 상기 밸브체의 실제 개방도를 검출하는 밸브 개방도 검출기를 구비하고,
상기 차압-토크 기억부는, 상기 밸브체의 전후 차압과 상기 밸브체의 개방도와 상기 구동부가 출력해야 할 토크의 관계를 기억하며,
상기 구동 토크 제어부는, 상기 차압-토크 기억부에 기억되어 있는 관계로부터 상기 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압과 상기 밸브 개방도 검출기에 의해 검출된 밸브체의 실제 개방도에 대응하는 토크를 구하고, 이 토크를 출력하도록 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 구동 토크를 제어하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
삭제
제1항에 있어서, 상기 차압 검출부에 의해 검출된 밸브체의 전후 차압에 기초하여 상기 유로를 흐르는 유체의 실유량을 구하는 실유량 연산부를 구비하고,
상기 구동량 제어부는, 상기 실유량 연산부에 의해 구해지는 상기 유로를 흐르는 유체의 실유량을 유량의 실측치로 하며, 이 유량의 실측치가 설정 유량치에 일치하도록 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 구동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브축의 구동 위치로부터 상기 밸브체의 실제 개방도를 검출하는 밸브 개방도 검출기를 구비하고,
상기 구동량 제어부는, 상기 밸브 개방도 검출기에 의해 검출되는 상기 밸브체의 실제 개방도를 밸브 개방도 실측치로 하며, 이 밸브 개방도 실측치가 밸브 개방도 설정치에 일치하도록 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 구동량을 제어하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 구동부는, 출력 토크를 변경할 수 있는 모터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브체는 상기 유로의 1차측으로부터 2차측으로 유체를 흘리는 창부를 가지며,
상기 구동부는 상기 밸브축을 그 축심을 중심으로 하여 회전시키고,
상기 구동량 제어부는 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 회전량을 제어하며,
상기 밸브축의 회전에 따라 상기 밸브체의 회전 위치가 변경되고, 그 밸브체의 회전 위치에 따라서 상기 창부를 통과하는 유체의 유량이 변경되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제1항에 있어서, 상기 구동부는 상기 밸브축을 그 축방향으로 왕복 운동시키고,
상기 구동량 제어부는 상기 구동부에 의한 상기 밸브축의 왕복의 동작량을 제어하며,
상기 밸브축의 왕복 동작에 따라서 상기 유로와 상기 밸브체의 간극량이 변경되고, 그 간극량에 따라서 상기 유로와 상기 밸브체의 간극을 통과하는 유체의 유량이 변경되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.