KR102333020B1

KR102333020B1 - 유량 제어 장치

Info

Publication number: KR102333020B1
Application number: KR1020207005583A
Authority: KR
Inventors: 다카히로 가와모토; 다쿠오 시마다; 신지 도비마츠; 데츠아키 세키네
Original assignee: 도플로 코포레이션 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2021-12-01
Also published as: US20200278705A1; KR20200044817A; WO2019049292A1; US11003197B2; CN111033103B; CN111033103A

Abstract

제조 비용을 억제하여, 설정이나 관리의 부담을 대폭으로 경감하는 것이 가능한 유량 제어 장치를 제공한다. 유량 제어 장치(11)는, 유로(13)에 설치되는 유량 조절 밸브(21)와, 유로(13)를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부(41)와, 유량 측정부(41)의 측정 결과에 기초하여 유량 조절 밸브(21)의 개방도를 제어하는 제어부(61)를 구비하고, 유량 조절 밸브(21)의 개방도를 검지하는 리미트 센서(개방도 검지 센서)(246)가 완전 개방을 검지한 시점에서 압력 부족을 검지하는 압력 부족 검지 기능을 가지고 있다. 그 때문에, 유량 저하에 의한 이상이 발생하기 전에 압력 부족을 빠른 단계에서 필요한 시기에 알리는 것이 가능해진다.

Description

유량 제어 장치

본 발명은, 유량 측정부의 측정 결과에 기초하여 유량 조절 밸브의 개방도를 조절하는 유량 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 유체 온도 조정기와 전환 매니폴드의 사이를 배관에 의해 접속하고, 이 전환 매니폴드에 조립된 전자 전환 밸브의 개폐를 전환함으로써, 회로를 흐르는 유체의 흐름을 제어하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본공개특허 평5-84747호 공보

그런데, 유량 제어 장치에서는, 유량계, 유량 조절 밸브, 및 제어 장치를 내장한 것이 알려져 있다. 이러한 유량 제어 장치에 있어서, 통상은 배관 내의 압력 부족을 압력 센서로 검지하여, 일정 이하의 압력이 되면 경보를 출력하는 등의 대책을 취하고 있다. 그러나, 압력만으로는 배관의 어딘가에 막힘이 발생한 경우에, 공급압은 충분하지만 실제로는 유량이 흐르지 않는다는 결함이 발생한다. 이 결함을 해소하기 위해, 배관의 다양한 개소에 압력 센서를 설치하는 것도 생각할 수 있지만, 설치 작업이 번거로운 데다가, 제조 비용이 대폭으로 증대한다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 제조 비용을 억제하여, 설정이나 관리의 부담을 대폭으로 경감하는 것이 가능한 유량 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 하여 이루어진 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 유량 제어 장치는, 유로에 설치되는 유량 조절 밸브와, 상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와, 상기 유량 측정부의 측정 결과에 기초하여 상기 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 유량 조절 밸브의 개방도를 검지하는 개방도 검지 센서가 완전 개방을 검지한 시점에서 압력 부족을 검지하는 압력 부족 검지 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 유량 제어 장치에 있어서, 상기 유량 조절 밸브의 적산 동작량이 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 조절 밸브의 수명을 알리는 밸브 수명 알림 기능을 가지고 있어도 된다.

또한, 본 발명에 관한 유량 제어 장치에 있어서, 상기 유량 조절 밸브를 완전 폐쇄하였음에도 불구하고 유량이 미리 정해진 설정값 이상일 때에, 그 유량 조절 밸브의 내부에서의 액체의 누출을 알리는 내부 누출 알림 기능을 가지고 있어도 된다.

또한, 본 발명에 관한 유량 제어 장치에 있어서, 상기 유량 측정부에서의 임펠러의 적산 회전수가 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 측정부의 수명을 알리는 유량계 수명 알림 기능을 가지고 있어도 된다.

또한, 본 발명에 관한 유량 제어 장치에 있어서, 상기 압력 부족 검지 기능, 상기 밸브 수명 알림 기능, 상기 내부 누출 알림 기능, 또는 상기 유량계 수명 알림 기능의 각 기능에 대응한 패턴으로 발광하는 LED를 가지고 있어도 된다.

본 발명의 유량 제어 장치에 의하면, 유량 조절 밸브의 개방도 검지 센서가 완전 개방을 검지한 시점에서 압력 부족을 검지하는 압력 부족 검지 기능을 가짐으로써, 종래의 압력 센서로 압력 이상을 검지하는 방식에 비해 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있고, 유량 저하에 의한 이상이 발생하기 전에 압력 부족을 빠른 단계에서 필요한 시기에 알리는 것이 가능해진다. 따라서, 이상이 발생해도 잠시 동안이면, 장치나 설비를 이상 정지시키지 않고, 알맞은 타이밍에 배관이나 필터의 청소를 행할 수 있어, 설정이나 관리의 부담을 대폭으로 경감할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 유량 제어 유닛의 정면도의 일부를 나타내는 도면으로, 특히 매니폴드를 단면으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 도 1에서의 A-A 단면도이다.
도 3은, 도 2에서의 좌측의 유량 제어 장치를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는, 도 3에서의 유량 제어 장치의 부분 확대도로서, (a)는 하우징의 단면도, (b)는 모터 액추에이터의 B-B 단면도이다.

본 발명의 일 실시형태를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또, 편의상, 도 1에서의 좌우(방향)를 유량 제어 유닛(1)의 전후, 도 2에서의 좌우(방향)를 유량 제어 유닛(1)의 좌우, 및 도 1 내지 도 3에서의 상하(방향)를 유량 제어 유닛(1) 또는 유량 제어 장치(11)의 상하로 정한다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 유량 제어 유닛(1)은, 대략 직육면체로 형성되어 전후 방향으로 연장되는 매니폴드(2)와, 이 매니폴드(2)에 연결 장착되는 복수개의 유량 제어 장치(11)와, 매니폴드(2)와 각 유량 제어 장치(11)를 접속하는 조인트(91)(접속 수단)를 구비한다.

(매니폴드)

매니폴드(2)는, 이 매니폴드(2)의 내부를 전후 방향으로 연장하는 캐비티(3)와, 이 매니폴드(2)의 하부에 설치되어 스트레이너(도시생략)를 경유한 유체(본 실시형태에서는 「물」)를 캐비티(3)에 도입하는 도입구(도시생략)를 가진다. 또한, 매니폴드(2)는, 이 매니폴드(2)의 상면(2A)에 개구되어 캐비티(3)와 연통하는 복수개의 포트(4)를 가진다.

도 2에 도시된 바와 같이, 포트(4)는, 좌우 방향으로 일정 간격을 두고 2열로 배열된다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 각 열의 포트(4)는, 전후 방향으로 일정 간격을 두고 배열된다. 바꾸어 말하면, 포트(4)는, 전후 방향으로 긴 그리드 형상으로 배열된다. 또, 각 포트(4)의 개구부에는, 그 포트(4)의 내경보다 큰 내경의 접속구(5)가 형성된다. 또한, 매니폴드(2)의 재료에는, 플라스틱 또는 비자성 금속이 적용된다.

(유량 제어 장치)

도 3에 도시된 바와 같이, 유량 제어 장치(11)는, 플라스틱 또는 비자성 금속으로 이루어지는 몸체(12)와, 이 몸체(12)의 내부를 상하 방향으로 연장하여 유체가 아래로부터 위로 향하여 흐르는 유로(13)를 가진다. 몸체(12)는, 이 몸체(12)의 하단에 개구되어 후술하는 조인트(91)(접속 수단)가 접속되는 유입구(14)와, 이 몸체(12)의 상단에 개구되어 어댑터(17)가 접속(끼워맞춤)되는 유출구(15)를 가진다. 여기서는, 편의상, 몸체(12)의 유입구(14)로부터 유출구(15)까지의 유로를 총칭하여 유로(13)라고 한다. 또, 어댑터(17)에는, 관조인트를 접속하기 위한 관용 테이퍼 나사가 형성된다.

(유량 조절 밸브)

유량 제어 장치(11)는, 볼 밸브 기구에 의해 구성되는 유량 조절 밸브(21)를 구비한다. 유량 조절 밸브(21)는, 축부(25)와, 이 축부(25)의 선단(도 3에서의 우단)에 설치되어 유로(13)를 차단 가능한 볼부(23)를 구비한 밸브체(22)를 가진다. 축부(25)의 기단(基端)(도 1에서의 좌단)은, 모터 액추에이터(24)의 회전축(24A)에 접속된다. 몸체(12)에는, 이 몸체(12)를 수평 방향(도 3에서의 좌우 방향)으로 관통하여 유로(13)에 연통하는 축구멍(26)이 형성된다. 축구멍(26)에는, 밸브체(22)의 축부(25)가 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤된다. 또, 밸브체(22)의 축부(25)와 몸체(12)의 축구멍(26)의 사이는, O링(27)에 의해 시일링(sealing)된다. 또한, 모터 액추에이터(24)는, 스테핑 모터, 감속 기구, 및 위치 검출 센서를 포함한다.

유량 조절 밸브(21)는, 밸브체(22)의 볼부(23)를 사이에 두고 유로(13)의 상류측 및 하류측에 배치되는 한 쌍의 볼 패킹(28 및 29)을 가진다. 상류측의 볼 패킹(28)은, 고정 너트(30)로 하류측(도 3에서의 상측)으로 눌려붙여짐으로써, 밸브 시트부(28A)가 볼부(23)에 대해 슬라이딩 가능하게 밀착된다. 또한, 하류측의 볼 패킹(29)은, 고정 너트(31)로 상류측(도 3에서의 하측)으로 눌려붙여짐으로써, 밸브 시트부(29A)가 볼부(23)에 대해 슬라이딩 가능하게 밀착된다. 여기서, 도 3에 도시된 것은, 유량 조절 밸브(21)가 완전 개방된 상태이며, 이 상태에서는, 밸브체(22)의 볼부(23)의 유로(23A)의 축선은, 볼 패킹(28) 및 고정 너트(30)를 관통하여 연장되는 유로(32)의 축선과, 볼 패킹(29) 및 고정 너트(31)를 관통하여 연장되는 유로(33)의 축선에 일치하고, 나아가서는 유로(13)의 축선(L)에 일치한다.

또, 유로(32)는, 볼부(23) 측(밸브 시트부(28A) 측)과는 반대측(도 3에서의 좌측)의 단부에, 유로 면적이 점차 축소되는 직경 축소부(32A)를 가진다. 또한, 유로(33)는, 볼부(23) 측(밸브 시트부(29A) 측)과는 반대측(도 3에서의 우측)의 단부에, 유로 면적이 점차 확대되는 직경 확대부(33A)를 가진다. 또한, 고정 너트(30)와 유로(13)의 사이는, O링(34)에 의해 시일링된다. 또한, 고정 너트(31)와 유로(13)의 사이는, O링(35)에 의해 시일링된다. 또한, 도 3에서의 부호 36은, 축구멍(26)에 대한 밸브체(22)의 축선 방향(도 3에서의 좌우 방향)으로의 이동을 저지하는 빠짐방지 플레이트이다.

(유량 측정부)

유량 제어 장치(11)는, 유량 조절 밸브(21)의 상류(도 3에서의 하측)를 흐르는 유체의 유량을, 후술하는 임펠러(42)의 회전수에 기초하여 간접적으로 측정하는 유량 측정부(41)를 구비한다. 유량 측정부(41)는, 이른바 임펠러(터빈)식 유량계로서, 임펠러(42)와, 이 임펠러(42)를 회전 가능하게 지지하는 지지틀(45)을 가진다. 임펠러(42)는, 유로(13)의 축선(L)(도 3 참조) 상에 배치되는 회전축(43)과, 이 회전축(43)의 주위에 등간격으로 설치되는 복수개(본 실시형태에서는 「4개」)의 날개부(44)(터빈 날개)를 가진다. 그리고, 본 실시형태에서의 임펠러(42)의 제조는, 자화되지 않은 자성체의 금속 분말을 재료로 하는 메탈 인젝션 몰딩(MIM: Metal Injection Molding)이 적용되고, 회전축(43)과 복수개의 날개부(44)가 일체로(동시에) 성형된다. 또, 메탈 인젝션 몰딩의 재료(자성체)로서, 예를 들어, 자성 스테인리스강(예를 들어, SUS630)이 적용된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 지지틀(45)은, 통과하는 유체에 선회류를 발생시키는 선회류 플레이트(46)와, 임펠러(42)의 날개부(44)를 둘러싸는 슬리브(47)로 분할하여 구성된다. 선회류 플레이트(46)는, 플라스틱 또는 비자성 금속에 의해 구성되고, 중앙에는, 임펠러(42)의 회전축(43)의 하단을 지지하는 베어링부(48)가 설치된다. 슬리브(47)는, 플라스틱 또는 비자성 금속에 의해 구성되고, 중앙에는, 임펠러(42)의 회전축(43)의 상단을 지지하는 베어링부(49)가 설치된다. 또, 지지틀(45)(슬리브(47))은, 상단이, 유로(13)에 형성된 단부(50)에 부딪쳐 닿음으로써, 상하 방향, 즉 유로(13)의 축선(L)에 따른 방향으로 위치 결정된다. 또한, 지지틀(45)(선회류 플레이트(46))은, 유로(13)의 내주에 장착된 C형 스냅 링(56)에 의해, 하방향(상류측)으로의 이동이 저지된다.

한편, 유량 측정부(41)는, 임펠러(42)의 회전수를 측정하는 센서 유닛(51)을 구비한다. 센서 유닛(51)은, 센서 기판(52)과, 이 센서 기판(52)에 실장되는 GMR(Giant Magnetoresistance) 센서(53)와, 이 GMR 센서(53)에 바이어스 자계를 인가하는 바이어스 마그넷(57)(예를 들어, 페라이트계 벌크 자석)을 포함한다. 센서 기판(52)은, 몸체(12)의 오목부(16)로부터 유로(13) 내에 배치된 임펠러(42)로 향하여 연장되는 센서 유닛 수용부(54)에 수용된다. 그리고, 센서 유닛(51)은, GMR 센서(53)에 의해 검지한 임펠러(42)의 회전에 따른 자계 강도의 변화에 기초하여 그 임펠러(42)의 회전수를 측정하고, 측정 결과에 따른 펄스 신호(편의상 「회전수 신호」라고 부름)를 후술하는 제어부(61)에 출력한다.

또, 본 실시형태에 있어서, GMR 센서(53)는, 센서 기판(52) 상에, 임펠러(42)의 회전 방향(전후 방향)으로 간격을 두고 2개의 GMR 소자가 배치되어 휘트스톤 브리지(wheatstone bridge)가 구성되어 있고, 이 2개의 GMR 소자의 저항값의 변화에 기초하여, 자계 강도의 변화를 검출하도록 구성되어 있다. 또한, 도 3에서의 부호 55는, 센서 기판(52)과 제어부(61)의 제어 기판(62)을 접속하는 신호 케이블이다. 또한, 도 3에서의 부호 59는, 선회류 플레이트(46)와 슬리브(47)의 사이를 시일링하는 O링이다.

(제어부)

유량 제어 장치(11)는, 전술한 유량 측정부(41)의 측정 결과(임펠러(42)의 회전수)에 기초하여 유량 조절 밸브(21)의 개방도를 피드백 제어하는 제어부(61)를 구비한다. 제어부(61)는, 연산부, 기억부 등을 구비하는, 이른바 마이크로컴퓨터로서, 유량 측정부(41)로부터 출력된 회전수 신호(유량 측정부(41)에 의해 측정된 유량)에 기초하여, 유량 조절 밸브(21)의 개방도를 피드백 제어(PID 제어)한다. 즉, 제어부(61)는, 회전수 신호를 유량의 측정값으로 변환, 바꾸어 말하면, 데이터 테이블에 기초하여 회전수를 유량으로 환산하고, 이 측정값(유량 측정값)과 설정값(유량 목표값)을 연산 처리한다. 그리고, 연산 처리 결과에 기초하여 모터 액추에이터(24)를 제어함으로써, 밸브체(22), 나아가서는 볼부(23)를 회전시켜, 유로(13)를 흐르는 유체의 유량을 조절하도록 구성된다.

제어부(61)는, 몸체(12)의 일 측면(도 3에서의 좌측면)에 형성된 오목부(16)에 수용되는 제어 기판(62)을 가진다. 몸체(12)의 일 측면에는, 모터 액추에이터(24)를 수용하는 알루미늄 합금제의 하우징(63)이 설치되며, 이 하우징(63)과 오목부(16) 사이의 공간은, 패킹(64)에 의해 밀폐된다. 또, 패킹(64)은, 몸체(12)의 오목부(16)의 주연에 형성된 패킹 홈(65)에 끼워넣어진다. 또한, 하우징(63)의 하부에는, 외부와의 통신(본 실시형태에서는 「RS485」)에 사용되는 방수 커넥터(66)가 장착된다. 또한, 방수 커넥터(66)와 제어 기판(62)은, 신호 케이블(67)(본 실시형태에서는 「5심」)에 의해 접속된다. 또한, 도 3에서의 부호 68은, 제어 기판(62)에 실장된 LED(풀 컬러)이다. 또한, 도 3에서의 부호 69는, LED(68)를 외부로부터 시인(視認)하기 위한 투명 수지로 이루어지는 광전송창이다.

(접속 수단)

도 2에 도시된 바와 같이, 조인트(91)(접속 수단)는, 직선 형상의 관체에 의해 형성되고, 축선 방향(상하 방향)으로 분할 가능한 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)와 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)를 가진다. 조인트 어댑터(71)의 기단에는, 매니폴드(2)의 각 포트(4)의 접속구(5) 및 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)에 접속 가능한 제1 단부(72)가 형성된다. 그리고, 조인트 어댑터(71)는, 제1 단부(72)(축)를 포트(4)의 접속구(5)(구멍)에 끼워넣음으로써 매니폴드(2)에 접속되고, 한편, 제1 단부(72)(축)를 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)(구멍)에 끼워넣음으로써 상기 유량 제어 장치(11)에 접속된다. 바꾸어 말하면, 매니폴드(2)의 각 포트(4)의 접속구(5)와 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)는, 동일 형상으로 형성된다(내경이 동일).

또, 조인트 어댑터(71)의 제1 단부(72)의 선단에는, O링(73)을 장착하기 위한 소직경부(74)가 형성되고, 상기 O링(73)에 의해, 조인트 어댑터(71)의 제1 단부(72)와 매니폴드(2)의 각 포트(4)의 접속구(5) 또는 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)의 사이가 시일링된다. 또한, 조인트 어댑터(71)의 내부에는, 이 조인트 어댑터(71)를 통과하는 유체에 포함되는 이물을 포착하기 위한 필터(7)가 설치된다. 또한, 도 3에서의 부호 8은, 필터(7)의 조인트 어댑터(71)에 대한 축선 방향(상하 방향)으로의 이동을 저지하는 C형 스냅 링이다.

한편, 조인트 어댑터(81)의 기단에는, 전술한 조인트 어댑터(71)의 제1 단부(72)와 동일 형상의 제1 단부(82)가 형성된다. 즉, 조인트 어댑터(81)는, 제1 단부(82)(축)를 포트(4)의 접속구(5)(구멍)에 끼워넣음으로써 매니폴드(2)에 접속되고, 한편, 제1 단부(82)(축)를 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)(구멍)에 끼워넣음으로써 상기 유량 제어 장치(11)에 접속된다. 또, 조인트 어댑터(81)의 제1 단부(82)의 선단에는, O링(83)을 장착하기 위한 소직경부(84)가 형성되고, 상기 O링(83)에 의해, 조인트 어댑터(81)의 제1 단부(82)와 매니폴드(2)의 각 포트(4)의 접속구(5) 또는 유량 제어 장치(11)의 유입구(14)의 사이가 시일링된다.

그리고, 조인트 어댑터(71(81))는, 제1 단부(72(82))의 외주에 형성된 제1 플랜지(75(85))가 유량 제어 장치(11)의 몸체(12)의 하단면에 접촉됨으로써, 상기 유량 제어 장치(11)에 대해 축선 방향(상하 방향)으로 위치 결정된다. 또한, 조인트 어댑터(71(81))는, 나사(58)(도 1 참조)로 제1 플랜지(75(85))를 몸체(12)에 고정함으로써 유량 제어 장치(11)에 장착된다. 한편, 조인트 어댑터(71(81))는, 제1 단부(72(82))의 외주에 형성된 제1 플랜지(75(85))가 매니폴드(2)의 상단면에 접촉됨으로써, 상기 매니폴드(2)에 대해 축선 방향(상하 방향)으로 위치 결정된다. 또한, 조인트 어댑터(71(81))는, 나사(58)로 제1 플랜지(75(85))를 매니폴드(2)에 고정함으로써 상기 매니폴드(2)에 장착된다.

그리고, 조인트(91)는, 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)의 선단에 형성된 제2 단부(76)(축)를, 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)의 선단에 형성된 제2 단부(86)(구멍)에 끼워넣음으로써, 이 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)가 연결되고, 그 결과, 유량 제어 장치(11)가 매니폴드(2)에 접속된다. 또, 조인트 어댑터(71)의 제2 단부(76)의 선단에는, O링(79)을 장착하기 위한 소직경부(78)가 형성되고, 상기 O링(79)에 의해, 조인트 어댑터(71)의 제2 단부(76)와 조인트 어댑터(81)의 제2 단부(86)의 사이가 시일링된다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 조인트(91)는, 조인트 어댑터(71)의 외주에 형성된 제2 플랜지(77)와, 조인트 어댑터(81)의 외주에 형성된 제2 플랜지(87)가 접촉된다. 이에 의해, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)가 축선 방향(상하 방향)으로 상대 위치 결정된다. 또한, 조인트(91)는, 서로 겹쳐진 제2 플랜지(77)와 제2 플랜지(87)의 연결부(92)에 금속제의 클립(93)을 장착함으로써, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 축선 방향(상하 방향)으로의 상대 이동이 저지된다. 또, 클립(93)은, 시판의 금속제 잠금쇠를 사용할 수 있다. 또한, 조인트 어댑터(71) 및 조인트 어댑터(81)의 재료에는, 플라스틱 또는 금속이 적용된다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 조인트(91)는, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 축선 방향 길이가 서로 다르다. 여기서, 조인트 어댑터(71)의 축선 방향 길이는, 제1 플랜지(75)의 장착면으로부터 제2 플랜지(77)의 연결면까지의 거리(도 1에서의 H1)이다. 한편, 조인트 어댑터(81)의 축선 방향 길이는, 제1 플랜지(85)의 장착면으로부터 제2 플랜지(87)의 연결면까지의 거리(도 1에서의 H2)이다. 또, 조인트 어댑터(81)의 축선 방향 길이(H2)는, 조인트 어댑터(71)의 축선 방향 길이(H1)에 클립(93)의 두께(도 1에서의 H3)를 더한 값 이상으로 정해진다(H2≥H1+H3).

그리고, 도 1에 도시된 바와 같이, 유량 제어 유닛(1)은, 전후 방향(도 1에서의 좌우 방향)으로 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이의 조인트(91)의 방향이 엇갈리게(상하가 반대가) 되도록, 매니폴드(2)에 조인트(91)가 배열된다. 바꾸어 말하면, 전후 방향으로 인접하는 조인트(91) 사이에서 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)와 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)가 엇갈리게 되도록, 매니폴드(2)에 조인트(91)가 배열된다. 마찬가지로, 도 2에 도시된 바와 같이, 유량 제어 장치(1)는, 좌우 방향(도 2에서의 좌우 방향)으로 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이의 조인트(91)의 방향이 엇갈리게 되도록, 매니폴드(2)에 조인트(91)가 배열된다. 바꾸어 말하면, 좌우 방향으로 인접하는 조인트(91) 사이에서 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)가 엇갈리게 되도록, 매니폴드(2)에 조인트(91)가 배열된다.

이에 따라, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 유량 제어 유닛(1)은, 전후 방향 및 좌우 방향으로 인접하는 유량 제어 장치(11)의 조인트(91) 사이에서, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 연결부(92)의 위치(매니폴드(2) 상면으로부터의 높이), 즉 클립(93)의 위치가 서로 다르다. 또, 도 2에서의 부호 18은, 각 유량 제어 장치(11)의 상부에 설치되고, 매니폴드(2) 상에서 좌우 방향(등을 맞댐)으로 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이를 연결하기 위한 연결구이다. 여기서, 도 2는, 연결구(18)를 걸쳐 놓기 전의 상태, 즉 등을 맞대고 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이의 비연결 상태를 나타낸다.

(작용)

전술한 유량 제어 유닛(1)의 작용을 설명한다.

우선, 매니폴드(2)에 유량 제어 장치(11)를 연결 장착하는 경우, 미리, 매니폴드(2)의 각 포트(4)의 접속구(5)에, 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)의 제1 단부(72) 또는 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)의 제1 단부(82)를 접속해 둔다. 이 때, 전후 방향(도 1에서의 좌우 방향) 및 좌우 방향(도 2에서의 좌우 방향)의 인접하는 조인트 어댑터(71(81))가 엇갈리게 되도록, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)를 배열, 즉 동종의 조인트 어댑터(71(81))가 인접하지 않도록 배열한다.

한편, 유량 제어 장치(11)에서는, 유입구(14)에 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)의 제1 단부(72)를 접속한 유량 제어 장치(11)와, 유입구(14)에 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)의 제1 단부(82)를 접속한 유량 제어 장치(11)를 준비해 둔다. 그리고, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)를 연결시키도록 하여, 각 유량 제어 장치(11)를 매니폴드(2)에 장착한다. 이에 의해, 매니폴드(2) 상의 전후 방향 및 좌우 방향으로 인접하는 조인트(91)는, 상하가 엇갈리게, 바꾸어 말하면, 연결부(92)의 위치(높이)가 엇갈리게 된다.

이 상태로, 각 조인트(91)의 연결부(92)에 클립(93)을 장착함으로써, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 연결이 유지되고, 나아가서는 각 유량 제어 장치(11)의 매니폴드(2)에 대한 접속이 유지된다. 또한, 좌우 방향으로 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이를, 한쪽의 유량 제어 장치(11)의 연결구(18)를 다른 쪽의 유량 제어 장치(11)의 연결구(18)에 걸쳐 놓아 연결시킨다. 또, 클립(93)을 장착하는 타이밍 및 연결구(18)를 걸쳐 놓는 타이밍은 임의이다. 또한, 유량 제어 장치(11)를 매니폴드(2)로부터 분리하는 경우, 클립(93)을 분리함과 아울러 연결구(18)에 의한 연결을 해제함으로써, 임의의 유량 제어 장치(11)를, 매니폴드(2)로부터 간단하게 분리할(뽑아낼) 수 있다.

(유량 제어)

우선, 유체 공급 수단(예를 들어 「펌프」 등)에 의해, 유체(본 실시형태에서는 「물」)가 매니폴드(2)에 도입되면, 상기 유체는, 상기 매니폴드(2)의 각 포트(4), 및 각 조인트(91)를 경유하여 각 유량 제어 장치(11)에 공급된다. 각 유량 제어 장치(11)에 도입된 유체, 즉 각 유량 제어 장치(11)의 유로(13)를 흐르는 유체는, 선회류가 되어 유량 측정부(41)의 임펠러(42)를 회전시킨다.

그러면, 각 유량 제어 장치(11)에서는, 유량 측정부(41)에 있어서, 임펠러(42)의 회전에 따른 자계 강도의 변화가 GMR 센서(53)에 의해 검지되고, 이 자계 강도의 변화에 기초하여 임펠러(42)의 회전수가 측정된다. 상기 유량 측정부(41)의 유량 측정 결과로서의 회전수 신호(펄스 신호)는, 제어부(61)에 출력된다. 제어부(61)는, 수신한 회전수 신호를, 유로(13)를 흐르는 유체의 유량(유량 측정값)으로 변환한다.

또한, 제어부(61)는, 상기 유량 측정값과, 외부의 제어 장치(도시생략)로부터 방수 커넥터(66)의 신호 케이블(67)을 개재하여 수신한 유량 제어 신호(유량 목표값)를 연산 처리(PID 처리)하고, 연산 처리 결과로서의 제어 신호(모터 제어 신호)를 모터 액추에이터(24)에 출력한다. 이에 의해, 모터 액추에이터(24)는, 상기 모터 제어 신호에 기초하여 작동한다. 이에 의해, 유량 조절 밸브(21)(볼 밸브)의 개방도, 즉 유로(13)의 유로 면적이 조절되고, 나아가서는 유로(13)를 흐르는 유체의 유량이 조절된다.

(압력 부족 검지 기능)

그리고, 유량 제어 장치(11)는, 유로(13) 내의 압력 부족을 검지하는 압력 부족 검지 기능을 가진다. 이러한 압력 부족 검지 기능은, 모터 액추에이터(24)에 설치된 유량 조절 밸브(21)(볼 밸브)의 개방도 검지 센서(예를 들어, 리미트 센서, 포텐션미터 등)가 개방도 100%(완전 개방)를 검지한 시점에서 압력 부족을 검지하는 것이다. 이러한 압력 부족은, 하우징(63)의 광전송창(69), 즉 LED(68)의 발광 패턴에 의해 시인할 수 있다.

여기서, 압력 부족 검지 기능에 대해 더욱 자세하게 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 모터 액추에이터(24)는 복수단의 기어(241, 242, 243)를 가지고 있고, 이 중 최종단의 기어(243)에 마그넷(244)이 삽입되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 기판(245)에 실장된 리미트 센서(246)가 내부에 설치되어 있고, 최종단의 기어(243)가 완전 폐쇄로부터 완전 개방(0~315°)의 범위에서 회전하는 데에 대응하여, 완전 폐쇄측의 리미트 센서(246A)와 완전 개방측의 리미트 센서(246B)가 마그넷(244)을 검지하여, 과도한 폐쇄나 과도한 개방을 막기 위해, 제어부(61)를 통해 모터(247)의 운전을 정지시키도록 구성되어 있다.

즉, 제어 중에 밸브 개방도가 완전 개방에 도달한 경우(완전 개방측의 리미트 센서(246B)가 검지), 더 이상 많은 유량을 흘려보내는 쪽으로 유량 조절 밸브(21)의 개방도를 조절할 수 없어, 조절 여유가 한계에 도달하게 된다. 이에 의해, 미리 설정된 유량값을 흘려보내는 데는 압력이 부족하여, 빠른 단계에서 압력 부족이라고 판단할 수 있다.

또한, 배관의 압력 손실은, 유로에 스케일 등이 쌓이면 상승하기 때문에, 장기간 운전하면 압력이 부족해지며, 미리 마진을 가지고 공급압을 높여 운영하였다고 해도, 앞으로 어느 정도에서 한계에 도달할지를 판단할 수 없다. 이 때문에, 일반적으로는 유량 센서를 설치하여 유량이 일정 이하가 되면 압력 이상으로 간주하는 방식을 채용하고 있지만, 이 방식의 경우, 유량 이상(유량계 이상, 순간적인 압력 저하 등)인지, 그렇지 않으면 압력 부족인지를 알 수 없다.

이에 대해, 본 실시형태와 같이 리미트 센서(246)로 압력 부족을 검지하는 방식에 의하면, 유량 저하에 의한 이상이 발생하기 전에, 압력 부족을 빠른 단계에서 필요한 시기에 알리는 것이 가능해진다. 이 때문에, 이상이 발생해도 잠시 동안이면, 장치나 설비를 이상 정지시키지 않고, 알맞은 타이밍에 배관이나 필터의 청소를 행할 수 있어, 설정이나 관리의 부담이 대폭으로 경감된다. 또, 본 실시형태에서는, 리미트 센서(246)가 일정 시간 연속하여 완전 개방을 검지한 경우에 압력 부족이라고 검지하기 때문에, 순간적인 압력 저하에 의한 유량 이상인 경우에는 압력 부족이 아닌 노이즈로서 제외되게 된다.

(밸브에 관한 알림 기능)

또한, 유량 제어 장치(11)는, 유량 조절 밸브(21)에 사용되는 O링(27)의 수명, 나아가서는 유량 조절 밸브(21)(볼 밸브)의 수명을 알리는 밸브 수명 알림 기능을 가진다. 유량 제어 장치(11)에서는, 유량 조절 밸브(21)의 적산 동작량이 카운트되어 제어부(61)의 비휘발성 메모리에 기억되어 있고, 밸브 수명 알림 기능은, 상기 유량 조절 밸브(21)의 적산 동작량이 미리 정해진 설정값에 도달하면, O링(27)이 수명(교환 시기)이라고 판단한다. 또, O링(27)이 수명인 것은, 하우징(63)의 광전송창(69), 즉 LED(68)의 발광 패턴에 의해 시인할 수 있다. 또한, 외부 단말과의 통신 기능을 이용함으로써, 현시점에서의 유량 조절 밸브(21)의 적산 동작량을 아는 것이 가능하다.

(유량계에 관한 알림 기능)

또한, 유량 제어 장치(11)는, 유량 측정부(41)에 사용되고 있는 임펠러(42)의 수명, 나아가서는 유량 측정부(41)(유량계)의 수명을 알리는 유량계 수명 알림 기능을 가진다. 유량 제어 장치(11)에서는, 임펠러(42)의 회전수가 카운트되어 제어부(61)의 비휘발성 메모리에 기억되어 있고, 유량계 수명 알림 기능은, 상기 임펠러(42)의 적산 회전수가 미리 정해진 설정값에 도달함으로써, 유량계가 수명이라고 판단한다. 또, 유량계가 수명인 것은, 하우징(63)의 광전송창(69), 즉 LED(68)의 발광 패턴에 의해 시인할 수 있다.

(내부 누출 알림 기능)

또한, 유량 제어 장치(11)는, 유량 조절 밸브(21)의 내부에서의 유체의 누출(누수)을 알리는 내부 누출 알림 기능을 가진다. 이러한 내부 누출 알림 기능은, 유량 조절 밸브(21)를 완전 폐쇄하였음에도 불구하고, 유체가 일정 시간 동안에 일정 유량 이상 흐른 경우, 바꾸어 말하면, 일정 시간에서의 유량 측정부(41)의 임펠러(42)의 회전수가 일정 이상인 경우, 내부 누출이 발생하였다고 판단한다. 또, 내부 누출의 발생은, 하우징(63)의 광전송창(69), 즉 LED(68)의 발광 패턴에 의해 시인할 수 있다.

(효과)

본 실시형태에 의하면, 유량 제어 유닛(1)은, 각 유량 제어 장치(11)와 매니폴드(2)의 사이에 개재시킨 조인트(91)(접속 수단)에 의해, 각 유량 제어 장치(11)가 매니폴드(2)에 접속(연결 장착)된다. 또한, 조인트(91)는, 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)와, 이 조인트 어댑터(71)에 대해 끼우고 빼기 가능하게 연결되는 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)와, 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 연결부(92)에 장착되어 이 연결부(92)를 보유지지하는 클립(93)을 가진다.

이에 따라, 클립(93)을 손으로 조작(착탈)함으로써, 공구를 사용하지 않고, 각 유량 제어 장치(11)의 매니폴드(2)에 대한 장착 및 분리가 가능하므로, 제조 공정에서의 조립 작업, 및 유지보수시에서의 유량 제어 장치(11)의 교환 작업 등을 합리화할 수 있다.

또한, 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이에 공구를 끼워넣는 공간을 확보할 필요가 없으므로, 인접하는 유량 제어 장치(11)(조인트(91)) 사이의 장착 피치를 최소한으로 하는 것이 가능하여, 유량 제어 유닛(1)을 소형화할 수 있다.

또한, 좌우로 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이, 즉 등을 맞대고 인접하는 유량 제어 장치(11) 사이를, 한쪽의 유량 제어 장치(11)의 연결구(18)를 다른 쪽의 유량 제어 장치(11)에 걸쳐 놓음으로써 연결하였으므로, 유량 제어 장치(11)의 장착 강도, 나아가서는 유량 제어 유닛(1)의 강성을 높일 수 있다. 덧붙여, 연결구(18)에 의해 연결된 한 쌍의 유량 제어 장치(11) 사이의 상대 이동을 저지하는 것이 가능하고, 연결구(18)를 각 유량 제어 장치(11)의 회전 방지로서 기능시키는, 즉 매니폴드(2)에 연결 장착된 각 유량 제어 장치(11)에서의 축선(L)(도 3 참조)을 중심으로 하는 회전을 저지할 수 있다.

또한, 조인트 어댑터(71)의 축선 방향 길이(H1)와 조인트 어댑터(81)의 축선 방향 길이(H2)가 서로 다르다. 특히, 본 실시형태에서는, 조인트 어댑터(81)의 축선 방향 길이(H2)를, 조인트 어댑터(71)의 축선 방향 길이(H1)에 클립(93)의 두께(H3)를 더한 값 이상으로 설정하였다(H2≥H1+H3). 그리고, 전후 및 좌우의 인접하는 조인트(91) 사이에서 조인트 어댑터(71)(제1 관부재)와 조인트 어댑터(81)(제2 관부재)가 엇갈리게 되도록, 바꾸어 말하면, 인접하는 유량 제어 장치(11)에서 조인트 어댑터(71)와 조인트 어댑터(81)의 연결부(92)의 높이, 나아가서는 클립(93)의 장착 높이가 엇갈리게 되도록, 매니폴드(2) 상에 조인트(91)를 배열하였으므로, 클립(93)의 조작성이 향상되고, 나아가서는 조립성 및 유지보수성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 유량 측정부(41)의 임펠러(42)를 자화되지 않은 자성체를 재료로 하는 메탈 인젝션 몰딩에 의해 제조하였으므로, 복잡한 형상의 임펠러(42)를 높은 정밀도로 성형할 수 있다. 또한, 절삭 가공된 임펠러와 비교하여, 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있다. 이에 의해, 임펠러(42)의 회전축(43)과 복수개의 날개부(44)를 일체로 성형하는 것이 가능하고, 회전축(43)과 복수개의 날개부(44)를 별개로 제조한 임펠러와 비교하여, 부품수를 삭감할 수 있다. 또한, 제조 비용 삭감의 관점에서, 절삭 가공 대신에 회전축(43)과 복수개의 날개부(44)를 접합(압입, 접착 등)하여 제조되는 임펠러에서는, 접합부의 신뢰성 저하에 따른 품질 관리의 엄격화가 문제가 되지만, 본 실시형태에 관한 임펠러(42)는, 메탈 인젝션 몰딩의 적용에 의해, 이들 문제를 해소할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 유량 조절 밸브(21)의 개방도 검지 센서가 개방도 100%(완전 개방)를 검지한 시점에서 압력 부족을 검지하는 압력 부족 검지 기능을 구비한 유량 제어 장치(11)를 적용하였으므로, 압력 센서를 별도 설치하고 이 압력 센서에 의해 측정된 차압에 기초하여 압력 이상을 검지하는 종래 수법과 비교한 경우, 제조 비용을 대폭으로 삭감할 수 있고, 또한 설정(문턱값), 관리 등에 수고와 시간을 필요로 하는 일이 없다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 유량 조절 밸브(21)의 적산 동작량이 미리 정해진 설정값에 도달함으로써, O링(27)의 수명을 알리는 밸브 수명 알림 기능을 구비한 유량 제어 장치(11)를 적용하였으므로, O링(27)의 마모에 기인하는 유량 제어 장치(11)의 외부 누출을 미연에 막는 것이 가능하다. 이에 의해, 유량 제어 장치(11)를 방수 구조로 하는 것이 가능하고, 이 유량 제어 장치(11)의 적용의 자유도를 확대할 수 있다. 또한, 유량 조절 밸브(21)의 적산 동작량이 제어부(61)의 비휘발성 메모리에 기억되므로, 예를 들어, 중고품이어도 이러한 기능을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 임펠러(42)의 적산 회전수가 미리 정해진 설정값에 도달함으로써, 유량계의 수명을 알리는 유량계 수명 알림 기능을 구비한 유량 제어 장치(11)를 적용하였으므로, 회전축(43)의 마모에 기인하는 임펠러(42)의 동작 불량을 미연에 막는 것이 가능하여, 유량 측정부(41)(유량계)의 측정값의 신뢰성, 나아가서는 유량 제어 장치(11)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 유량 조절 밸브(21)를 완전 폐쇄하였음에도 불구하고, 유체가 일정 시간 동안에 일정 유량 이상 흐른 것을 검지함으로써, 내부 누출을 알리는 내부 누출 알림 기능을 구비한 유량 제어 장치(11)를 적용하였으므로, 종래는 자기 판단이 곤란하였던 내부 누출을 검지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 풀 컬러의 LED(68)의 발광 패턴을 하우징(63)의 광전송창(69)으로부터 시인할 수 있도록 하였다. 따라서, LED(68)의 발광색의 차이, 점등이나 점멸 등으로 구별하여, 압력 부족 검지 기능, 밸브 수명 알림 기능, 유량계 수명 알림 기능, 내부 누출 알림 기능의 각 기능에 대응한 패턴으로 발광시킴으로써, 복수대의 유량 제어 장치(11)가 정상적으로 작동하고 있는지 어떤지를 순시(瞬時)에 하나의 광전송창(69)으로 상태 파악할 수 있다.

또, 실시형태는 전술한 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 다음과 같이 구성할 수 있다.

전술한 실시형태에서는, 임펠러(터빈)식 유량계를 적용한 유량 제어 장치(11)를 설명하였지만, 유량 제어 장치(11)는, 예를 들어, 카르만 소용돌이식 유량계, 전자식 유량계, 초음파식 유량계, 차압식 유량계, 코리올리식 유량계, 및 열식 유량계 등을 적용할 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 볼 밸브를 적용한 유량 조절 밸브(21)를 구비하는 유량 제어 장치(11)를 설명하였지만, 유량 조절 밸브(21)는, 니들 밸브, 글로브 밸브, 게이트 밸브, 및 버터플라이 밸브 등을 적용할 수 있다.

11: 유량 제어 장치
13: 유로
21: 유량 조절 밸브
24: 모터 액추에이터
241, 242, 243: 기어
244: 마그넷
245: 기판
246: 리미트 센서(개방도 검지 센서)
247: 모터
41: 유량 측정부
42: 임펠러
61: 제어부
68: LED(풀 컬러)

Claims

유로에 설치되는 유량 조절 밸브와,
상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와,
상기 유량 측정부의 측정 결과에 기초하여 상기 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 유량 조절 밸브의 개방도를 검지하는 개방도 검지 센서가 완전 개방을 검지한 시점에서 압력 부족이라고 판단하는 압력 부족 검지 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유량 조절 밸브의 적산 동작량이 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 조절 밸브의 수명을 알리는 밸브 수명 알림 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 유량 조절 밸브를 완전 폐쇄하였음에도 불구하고 유량이 미리 정해진 설정값 이상일 때에, 그 유량 조절 밸브의 내부에서의 액체의 누출을 알리는 내부 누출 알림 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 유량 측정부에서의 임펠러의 적산 회전수가 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 측정부의 수명을 알리는 유량계 수명 알림 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
유로에 설치되는 유량 조절 밸브와,
상기 유로를 흐르는 유체의 유량을 측정하는 유량 측정부와,
상기 유량 측정부의 측정 결과에 기초하여 상기 유량 조절 밸브의 개방도를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 유량 조절 밸브의 개방도를 검지하는 개방도 검지 센서가 완전 개방을 검지한 시점에서 압력 부족이라고 판단하는 압력 부족 검지 기능,
상기 유량 조절 밸브의 적산 동작량이 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 조절 밸브의 수명을 알리는 밸브 수명 알림 기능,
상기 유량 조절 밸브를 완전 폐쇄하였음에도 불구하고 유량이 미리 정해진 설정값 이상일 때에, 그 유량 조절 밸브의 내부에서의 액체의 누출을 알리는 내부 누출 알림 기능, 및
상기 유량 측정부에서의 임펠러의 적산 회전수가 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 그 유량 측정부의 수명을 알리는 유량계 수명 알림 기능, 중의 2개 이상의 기능을 가지며, 그 각 기능에 대응한 패턴으로 발광하는 LED를 갖는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.