KR20210021036A

KR20210021036A - 다이어프램 밸브 및 그 감시 방법

Info

Publication number: KR20210021036A
Application number: KR1020217001143A
Authority: KR
Inventors: 유야 스즈키; 류타로 타노; 다이히 쯔치구치; 노부오 나카무라; 쯔토무 시노하라
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2018-06-30
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2021-02-24
Also published as: TW202006278A; JP7300187B2; CN112334696A; TWI701405B; US20210262576A1; WO2020003799A1; US11927280B2; JPWO2020003799A1

Abstract

다이어프램의 파손에 의한 다이어프램 밸브 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 미연에 회피할 수 있는 다이어프램 밸브를 제공한다. 유체가 유통되는 유로(11)와, 해당 유로의 도중에 외부로 개구하는 개구부(12)를 획정하는 밸브 바디(10)와, 개구부를 덮으면서 유로(11)와 외부를 분리하고, 또한 유로(11)의 단면적을 변경하는 가요성 격벽 부재(21)와, 가요성 격벽 부재(21)의 유로측과는 반대의 뒷면측에 배치된 가요성 지지 부재(22)와, 밸브 바디(10)에 가요성 격벽 부재(21) 및 가요성 지지 부재(22)의 주변부를 통해 고정되는 하우징(41)과, 가요성 지지 부재(22) 및 하우징(41)의 내면이 획정하는 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하는 온도 센서(100)를 가진다.

Description

다이어프램 밸브 및 그 감시 방법

본 발명은 다이어프램 밸브 및 그 감시 방법에 관한 것이다.

다이어프램(diaphragm) 밸브는 바이오 공학, 제약, 화학, 식품 가공, 음료, 화장품, 및 반도체 업계에서 많이 이용되고 있다. 이들 업계는 밸브, 작업장, 및 주변 환경 내에 있어서 제품 오염이나 누설을 막는 밸브를 필요로 한다.

다이어프램 밸브의 다이어프램은 고무제 등 다양하게 존재한다. 다이어프램에 요구되는 변형량이나 내부식성이나 밸브를 유통하는 유체의 오염을 막는 등의 관점에서, 접액측(liquid contact side)에 배치되는 불소계 수지 등의 폴리머제의 가요성 격벽 부재와, 이 가요성 격벽 부재의 접액측과는 반대의 뒷면측에 배치되는 완충(쿠션)을 주목적으로 하는 엘라스토머제의 가요성 지지 부재로 구성되는, 이른바 투피스 타입의 다이어프램이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 참조).

투피스 타입의 다이어프램은 청정도나 내구성의 점에서는, 고무제의 다이어프램보다 우수하다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공표 2013 -500455호 공보 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 1996-303617호 공보

특허 문헌 1, 특허 문헌 2는 접액측의 가요성 격벽 부재의 파손을 검출하는 센서를 설치하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 이 기술에서는, 접액측의 가요성 격벽 부재의 파손을 검지한 때에는, 다이어프램 밸브 내의 유체가 외부로 이미 누출되어 버렸을 가능성이 있다.

본 발명의 목적의 하나는, 다이어프램의 파손에 의한 다이어프램 밸브 내의 유체가 외부로 누출되는 것을 미연에 회피할 수 있는 다이어프램 밸브 및 이 다이어프램 밸브의 감시 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다이어프램 밸브는 유체가 유통되는 유로와, 해당 유로의 도중에 외부로 개구하는 개구부를 획정하는 밸브 바디와,

상기 개구부를 덮으면서 상기 유로와 외부를 분리하고, 또한 상기 유로의 단면적을 변경하는 가요성 격벽 부재와,

상기 가요성 격벽 부재의 상기 유로측과는 반대의 뒷면측에 배치된 가요성 지지 부재와,

상기 밸브 바디에 상기 가요성 격벽 부재 및 가요성 지지 부재의 주변부를 통해 고정되는 하우징과,

상기 가요성 지지 부재 및 상기 하우징의 내면이 획정하는 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하는 센서를 가진다.

바람직하게는, 상기 가요성 격벽 부재는 상기 가요성 지지 부재보다 내구 기간이 길어지도록 설계되어 있다.

상기 가요성 격벽 부재는 상기 가요성 지지 부재의 형성 재료와는, 특정 가스에 대한 투과율이 다른 재료로 형성되어 있는 구성을 채용할 수 있다.

특정적으로는, 상기 가요성 격벽 부재는 수증기를 투과하는 재료로 형성되고, 상기 가요성 지지 부재는 수증기를 투과하지 않는 재료로 형성되어 있는 구성을 채용할 수 있다.

이 경우에, 상기 센서는 습도 센서를 포함하는 구성을 채용할 수 있다.

대체적으로는, 상기 센서는 상기 분위기 중의 특정 가스의 농도 또는 그 변화, 혹은, 상기 분위기 중의 습도 또는 그 변화를 검출하는 것도 가능하다.

바람직하게는, 상기 가요성 격벽 부재는 폴리머로 형성되고, 더욱 바람직하게는, 상기 가요성 격벽 부재는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성되어 있다.

바람직하게는, 상기 가요성 지지 부재는 엘라스토머로 형성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 가요성 지지 부재는 천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 이소부틸렌 합성 고무, 폴리클로로프렌 고무, 부틸 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되어 있다.

본 발명의 다이어프램의 감시 방법은 유체가 유통되는 유로와, 해당 유로의 도중에 외부로 개구하는 개구부를 획정하는 밸브 바디와, 상기 개구부를 덮으면서 상기 유로와 외부를 분리하고, 또한 상기 유로의 단면적을 변경하는 가요성 격벽 부재와, 상기 가요성 격벽 부재의 상기 유로측과는 반대의 뒷면측에 배치된 가요성 지지 부재와, 상기 밸브 바디에 상기 가요성 격벽 부재 및 가요성 지지 부재의 주변부를 통해 고정되는 하우징을 가지는 다이어프램 밸브의 감시 방법으로서,

상기 가요성 지지 부재 및 상기 하우징의 내면이 획정하는 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하는 것,

상기 검출 결과에 근거하여 이상(異常) 여부를 판단하는 것을 가진다.

본 발명에 의하면, 다이어프램의 파손에 의한 다이어프램 밸브 내의 유체의 외부 누출을 미연에 막을 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 다이어프램 밸브의 분해 사시도이다.
도 3은 유로가 폐쇄된 상태의 도 1의 다이어프램 밸브의 종단면도이다.
도 4는 유로가 개방된 상태의 도 1의 다이어프램 밸브의 종단면도이다.
도 5는 가요성 지지 부재가 파손된 상태를 설명하는 확대 단면도이다.
도 6은 처리 회로에 있어서의 제1의 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 처리 회로에 있어서의 제2의 감시 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브의 종단면도이다.
도 9는 도 8의 원 A 내의 확대 단면도이다.
도 10은 평면형 습도 센서의 외관 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3의 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브의 중요부의 확대 단면도이다.

이하, 본 개시의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브(1)의 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 다이어프램 밸브(1)의 분해 사시도, 도 3은 유로가 폐쇄된 상태에 있는 다이어프램 밸브(1)의 종단면도, 도 4는 유로가 개방된 상태에 있는 다이어프램 밸브(1)의 종단면도이다.

다이어프램 밸브(1)는 밸브 바디(10)와, 다이어프램(20)과, 액튜에이터(30)와, 액튜에이터(30)에 연결된 콤프레서(50)와, 콤프레서(50)를 구동하는 피스톤(33)과, 액튜에이터(30)에 고정된 후술하는 하우징(41)을 밸브 바디(10)에 고정하는 클램퍼(80)를 구비하고 있다.

밸브 바디(10)는 금속 합금제이고, 유로(11)와, 이 유로(11)의 도중에 외부로 개구하는 개구부(12)를 구비하고 있고, 유로(11)의 양단부에 도시하지 않은 관이 각각 접속된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 밸브 바디(10)의 유로(11) 내에는 후술하는 가요성 격벽 부재(21)가 맞닿는 실링 면(13)이 형성되어 있다.

다이어프램(20)은 가요성 격벽 부재(21)와 가요성 지지 부재(22)를 가진다.

가요성 격벽 부재(21)는 폴리머로 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 가요성 격벽 부재(21)는 특정 가스로서 수증기를 투과하는, 예를 들면, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성되어 있다.

도 2나 도 3에 나타낸 바와 같이, 다이어프램(20)은 벨 컵 형상을 가진다. 가요성 격벽 부재(21)는 선단 중심부를 포함하는 하측 부분이 후육부(厚肉部;thick wall portion)(21a)로 되어 있고, 이것과 연속하여 외주측 부분이 박육부(薄肉部;thin wall portion)(21b)로 되어 있다. 박육부(21b)의 외주 연부는 밸브 바디(10)의 개구부(12)의 주변부에 형성된 지지부(12s)와 맞닿을 수 있도록 링 형상의 실링 돌기(21c)가 형성되어 있다. 가요성 격벽 부재(21)의 실링 돌기(21c)의 더 외측의 외주 연부는 밸브 바디(10)의 지지부에 형성된 오목 형상의 가이드부에 의해 가이드된다. 가요성 격벽 부재(21)의 접액면에는, 1개의 실링 돌기(21t)가 형성되고(도 2, 도 4 참조), 가요성 격벽 부재(21)가 유로(11)를 폐쇄할 때에, 실링 돌기(21t)가 실링 면(13)에 눌림으로써, 유로(11)를 차단한다. 가요성 격벽 부재(21)의 접액면과는 반대측의 뒷면측의 중심부에는, 금속제의 연결 부재(25)가 걸어멈춤되는 로킹 오목부(21d)가 형성되어 있다. 연결 부재(25)는 가요성 지지 부재(22)를 관통하고, 그 연결부(25a)에 의해 콤프레서(50)에 연결되어 있다.

가요성 지지 부재(22)는 가요성 격벽 부재(21)의 접액면과는 반대측의 뒷면에 대향하여 배치되어 있다. 가요성 지지 부재(22)는 가요성 격벽 부재(21)의 마모, 파손을 막는 것을 주목적으로 하는 쿠션으로서의 역할을 한다. 가요성 지지 부재(22)에는 고무나 엘라스토머가 이용되고, 예를 들면, 내열성, 내한성(耐寒性), 굴곡성 및 부식성이 뛰어난 천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 이소부틸렌 합성 고무, 폴리클로로프렌 고무, 부틸 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM) 등을 이용할 수 있고, 본 실시 형태에서는, 특정 가스로서 수증기를 투과하지 않는 EPDM를 이용하여 가요성 지지 부재(22)를 형성하고 있다.

가요성 지지 부재(22)의 외주 연부에는 환상 볼록부(22c)가 형성되고, 이것이 후술하는 하우징(41)의 하단부에 고정된 링 부재(42)의 오목 홈에 끼워져 있다.

액튜에이터(30)는 유저(有底) 원통형의 케이싱(31)과, 케이싱(31)의 천장 부분에 설치된 상측 지지 플레이트(32)와, 케이싱(31)의 내주면(31f)에 실링 부재(SL2)를 통해 케이싱(31) 내를 이동 가능하게 설치된 피스톤(33)과, 피스톤(33)에 지지된 하측 지지 플레이트(34)와, 케이싱(31)의 중심부에 설치되어 피스톤(33)과 연결됨과 동시에 케이싱의 하부 플레이트(40)를 관통하여 밸브 바디(10) 측을 향해 연장되는 스템(35)과, 하부 플레이트(40)의 하면측에 고정된 하우징(41)과, 스템(35)의 하단부에 고정된 콤프레서(50)를 가진다.

상측 지지 플레이트(32)와 피스톤(33) 및 하측 지지 플레이트(34)의 사이에는 2개의 코일 스프링(38, 39)이 설치되고, 피스톤(33)을 하부 플레이트(40)을 향해 상시 탄성 가압하고 있다. 상측 지지 플레이트(32)에는 복수의 통기공(通氣孔)(32a)이 형성되고, 케이싱(31) 내부와 외부를 연통하고 있다.

스템(35)의 상단부의 외주에는 가이드 부재(36) 및 고정 부재(37)가 설치되어 있고, 가이드 부재(36)와 스템(35)의 사이는 실링 부재(SL1)에 의해 씰링되어 있다.

케이싱(31)의 외주면에는 케이싱(31)의 피스톤(33)과 하부 플레이트(40)의 사이의 공간에 압축 에어(CA)를 공급하고, 혹은 해당 공간에서 에어를 배출하기 위한 에어 포트(43)가 설치되어 있다.

하우징(41)은 액튜에이터(30)의 하부 플레이트(40)에 고정되어 있고, 다이어프램(20)의 가요성 지지 부재(22)와 함께 콤프레서(50)를 수용하는 수용 공간(SP)을 형성하고 있다. 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 내벽에는 후술하는 습도 센서(100)가 설치되어 있고, 하우징(41)의 외벽에는 습도 센서(100)와 전기적으로 접속된 처리 회로를 내장하는 회로 박스(110)가 고정되어 있다.

하우징(41)의 하단부에는 링 부재(42)가 일체 고정되어 있다. 링 부재(42)는 밸브 바디(10)의 지지부(12s)에 가요성 격벽 부재(21) 및 가요성 지지 부재(22)를 통해, 클램퍼(80)에 의해 체결된다.

클램퍼(80)는 한 쌍의 반원형 부재(81)와, 각 반원형 부재(81)에 설치된 연결 구멍부(81a)를 관통하는 볼트(BT)와, 볼트(BT)와 나사 결합하는 너트(NT)를 가지고, 볼트(BT)와 너트(NT)의 체결력을, 링 부재(42)를 밸브 바디(10)의 지지부(12s)로 가압하는 힘으로 변환한다.

콤프레서(50)는 금속 합금제이고, 가요성 지지 부재(22)에 직접 접촉함과 동시에 연결 부재(25)와 연결되는 압압부(51)를 가진다. 압압부(51)의 압압면(51f)과 가요성 지지 부재(22)의 접촉 상태는 콤프레서(50)의 상하 이동에 의해 변화한다.

여기서, 상기의 다이어프램 밸브(1)의 기본 동작에 대하여 설명한다.

도 3에 나타내는 상태에서는, 코일 스프링(38, 39)이 피스톤(33)을 하방을 향해 탄성 가압하고, 콤프레서(50)의 압압부(51)는 가요성 지지 부재(22)를 통해 가요성 격벽 부재(21)를 밸브 바디(10)의 실링 면(13)으로 가압하고, 밸브 바디(10)의 유로(11)가 폐쇄된 상태에 있다.

이 상태에서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 에어 포트(43)을 통해 압축 에어(CA)를 케이싱(31) 내로 공급하면, 압축 에어(CA)의 압력에 의해 피스톤(33)이 코일 스프링(38, 39)의 탄성 가압력에 저항하여 상방향으로 이동한다. 이에 따라, 스템(35)도 상방향으로 이동한다. 이에 의해, 콤프레서(50)의 압압부(51)로부터 가요성 지지 부재(22)를 통해 가요성 격벽 부재(21)에 작용하는 압압력이 해방되고, 밸브 바디(10)의 유로(11)가 개방된다.

스템(35)이 상방향으로 이동하면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가요성 격벽 부재(21)의 박육부(21b)가 굴곡하는 것을 알 수 있다. 가요성 격벽 부재(21)의 굴곡하는 박육부(21b)에 대응하여 가요성 지지 부재(22)도 굴곡한다. 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)는 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 콤프레서(50)의 압압부(51)의 압압면(51f)에 의해 압압되는 부분이기도 하다. 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)는 다이어프램 밸브(1)의 개폐 동작에 따라, 콤프레서(50)의 압압부(51)의 압압면(51f)로부터의 압압력의 인가 및 이 압압력의 해방 후의 굴곡이 반복된다. 따라서, 다이어프램(20)의 구성 부재 중, 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)가 마모나 파손에 대하여 가장 엄격한 조건하에 놓여진다.

본 실시 형태에서는, 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)가 마모나 파손에 대하여 가장 어려운 조건하에 놓여지는 것에 주목하고, 가요성 격벽 부재(21) 및 가요성 지지 부재(22)의 설계 단계에 있어서, 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)가 최초로 파손되도록 설계되어 있다. 즉, 가요성 지지 부재(22)의 내구 기간이 가요성 격벽 부재(21)보다 짧아지도록 미리 설계되어 있다. 이러한 내구 기간을 설정하는 설계는 가요성 격벽 부재(21) 및 가요성 지지 부재(22)의 형상, 치수, 재료, 인가되는 부하, 콤프레서(50)의 재료, 사용 조건, 각종의 실험 등을 고려함으로써 용이하게 가능하다.

습도 센서(100)는 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 습도 또는 그 변화를 검출하고, 전기 신호로서 회로 박스(110) 내의 처리 회로에 출력한다. 습도 센서(100)로서는 주지의 것을 채용할 수 있다.

회로 박스(110) 내의 처리 회로는 도시하지 않지만, 프로세서, 입출력 회로, 통신 회로 메모리 등의 하드웨어와 필요한 소프트웨어로 구성된다.

이어서, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브(1)의 제1의 감시 방법에 대하여 설명한다.

예를 들면, 수용액(As)이 유통되는 다이어프램 밸브(1)의 유로(11)에 있어서는, 수용액(As)의 일부의 물이 기화하여 수증기가 형성된다. 이 수증기의 일부는, 가요성 격벽 부재(21)를 형성하는 PTFE를 투과하지만, 가요성 지지 부재(22)를 형성하는 EPDM는 수증기를 투과하지 않으므로, 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 습도는 크게는 변동하지 않는다.

다이어프램 밸브(1)의 개폐 동작을 반복하면, 상기한 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)의 마모 열화가 진행되고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 최초로, 가요성 지지 부재(22)의 굴곡부(22b)에 파손부(BK)가 발생한다.

파손부(BK)가 발생하면, 가요성 지지 부재(22)를 형성하는 EPDM에 의해 수용 공간(SP)으로의 침입이 막혔 있었던 수증기(VP)는 가요성 지지 부재(22)의 파손부(BK)를 통해 수용 공간(SP)에 침입한다. 그 결과, 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 습도는 갑자기 상승한다.

본 실시 형태에서는, 이 가요성 지지 부재(22)의 파손부(BK)에 의해 생기는 수용 공간(SP) 내의 습도 변동을 검지함으로써, 다이어프램 밸브(1)의 이상을 검출한다.

구체적으로는, 도 6에 나타낸 바와 같이, 회로 박스(110) 내의 처리 회로는 소정의 샘플링 시간 간격으로, 습도 센서(100)로부터의 전기 신호에 근거하여 습도를 검출하고 있다(스텝 S1). 검출된 습도 데이터는 메모리에 기억된다(스텝 S2).

처리 회로에서는, 기록된 데이터를 이용하여 이상 검출 처리를 실행한다.

이상 판단 처리(스텝 S3)에서는, 메모리에 기억된 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 습도 데이터의 변동으로부터 이상 여부를 판단하지만, 평균화 처리나 외부 환경의 습도 정보를 참조하는 등으로 하여, 검출 정밀도를 높일 수 있다. 수용 공간(SP) 내의 습도의 변동을 정밀도 있게 검출하기 위한 처리라면, 모든 처리를 채용할 수 있다.

처리 회로에서는, 이상 여부를 판단하고(스텝 S4), 이상이 아닌 경우는, 상기 스텝 S1~S3의 처리를 반복한다. 이상으로 판단한 경우에는, 알람을 출력한다(스텝 S5). 예를 들면, 다이어프램 밸브(1)로부터 알람 신호를 무선 신호로 출력하고, 퍼스널 컴퓨터 등으로 구성되는 감시 장치로 이것을 수신한다.

이어서, 제2의 감시 방법을 도 5 및 도 7을 참조하여 설명한다.

제2의 감시 방법에서는, 다이어프램 밸브(1)를 유통시키는 유체를 수용액(As)과 고온의 수증기의 사이에서 전환한 때의, 습도 센서(100)로 검출한 습도 데이터의 변화로부터, 이상 여부를 판단한다. 도 5와 같이 가요성 지지 부재(22)에 파손부(BK)가 존재하는 경우, 상술한 바와 같이 습도 센서(100)는 외기(外氣)보다 높은 습도를 검출하지만, 파손부(BK)의 크기가 일정한 경우, 그 습도는 어느 정상값으로 수습된다. 이것은, 수용 공간(SP)이 외기에 대하여 호흡공을 통해 수분을 일부 방출하고 있는 것에 기인한다. 여기서, 유체를 수용액으로부터 고온의 수증기로 전환하면, 고온의 수증기는 수용액보다 증기압이 높기 때문에, 파손부(BK)를 통해 수용 공간(SP)으로 보내지는 수분량이 증가하고, 습도 센서(100)가 검출하는 습도가 상승한다. 한편, 파손부(BK)가 존재하지 않는 경우는, 수용 공간(SP) 내의 습도는 유체의 전환에 관계없이 거의 일정한 값을 유지한다. 이 차이를 검출함으로써, 파손부(BK)의 유무나 그 크기를 검출할 수 있다.

구체적인 순서에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다.

우선, 회로 박스(110)로 측정 개시의 신호가 보내지고, 회로 박스(110)는 습도 센서(100)로 습도를 검출하여, 소정의 샘플링 간격으로 습도 데이터를 메모리에 기억하는 동작을 개시한다(스텝 S11).

이어서, 다이어프램 밸브(1)에 흘리는 유체를 수용액으로부터 고온의 수증기로 전환한다(스텝 S12). 그리고, 유체가 충분히 전환될 때까지 검출을 계속한 후, 검출을 종료한다(스텝 S13). 검출을 종료하는 타이밍은, 예를 들면 스텝 S11의 검출 개시로부터 소정의 시간이 경과할 때까지로 한다.

검출된 습도 데이터를 바탕으로, 처리 회로에서 그 이상 여부를 판단한다(스텝 S14). 구체적으로는, 시간 변화하는 습도 데이터 M(t)에 대하여, x(t)=A+B·H(t-T0)라는 함수에서 A, B, T0를 변수로 하여 커브 피팅(curve fitting)을 수행한다. 여기서, H(t)는 단위 스텝 함수이다. 커브 피팅에 의해 얻어진 B의 값의 절대값|B|이 유체 전환에 따르는 습도 변화라고 추측할 수 있고, 이 습도 변화|B|가 소정의 값 Bth보다 큰 경우에 이상으로 판단된다.

이상 판단의 결과에 근거하여(스텝 S15), 이상으로 판단한 경우에는, 알람을 출력한다(스텝 S16). 스텝 S15에서 이상이 없다고 판단된 후, 혹은 스텝 S16에서 알람 출력한 후, 처리 회로는 전력 절약 상태인 대기 상태로 이행하고(스텝 S17), 처리를 종료한다.

이 고온 수증기로 유체를 전환하는 프로세스는 주로 새니터리(Sanitary) 용도의 밸브에 있어서 고온 살균을 목적으로 통상 정기적으로 행해지는 프로세스이고, 밸브의 이상 검출을 위한 추가 프로세스를 설치할 필요가 없다.

또한, 제2의 감시 방법에서는, 데이터를 항상 계속 취득할 필요가 없는 점에서 제1의 감시 방법과 다르다. 이 때문에, 회로 박스(110)에 있어서의 소비 전력을 저감할 수 있다. 특히, 무선 통신을 위하여 회로 박스(110)가 내장의 전지로 동작하는 경우, 전지의 교환 빈도를 저감할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 가요성 격벽 부재(21)보다 먼저 가요성 지지 부재(22)가 파손되도록 미리 설계해 두고, 가요성 지지 부재(22)의 파손에 의해 하우징(41)의 수용 공간(SP) 내의 분위기의 습도 변동으로부터 이상을 검출함으로써, 가요성 격벽 부재(21)에도 파손이 생겨 다이어프램 밸브(1)의 유로(11)를 유통하는 액체가 외부로 누출되는 것을 미연에 막을 수 있다.

제2의 실시 형태

도 8에, 본 발명의 제2의 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브(2)의 종단면도를 나타낸다. 또한, 제1의 실시 형태와 동일한 부품에 대하여는, 같은 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

다이어프램 밸브(2)는 수용 공간(SP) 중에 평면형 습도 센서(101)를 가진다.

평면형 습도 센서(101)에 대하여, 확대 단면도를 도 9에, 사시도를 도 10에 나타낸다. 평면형 습도 센서(101)는 흡습성(吸濕性)을 갖는 감습층(減濕層)(101A)(유전체부)을 사이에 두고, 상부 전극(101B)과 하부 전극(101C)이 형성되어 있고, 평행 평판 구조를 이루고 있다. 감습층(101A)은 친수성이 높고 흡습에 따라 임피던스가 변화하는 재료로 구성되고, 예를 들면 셀룰로오스계의 필름이나 폴리이미드에 의해 만들어진다. 하부 전극(101C)은 예를 들면, 작은 구멍을 다수 갖는 박막이나 다공질 구조를 갖는 박막으로서 도전성 물질로 형성되어 있다. 이에 의해, 감습층(101A)이 수용 공간(SP)의 공기에 대하여 수분을 흡수·방출할 수 있다. 상부 전극(101B)은 금속 박막과, 금속 박막을 절연 코팅하는 레지스트로 이루어지고, 수용 공간(SP)의 상부에서 하부 플레이트(40)에 고정되어 있다.

평면형 습도 센서(101)는 도 10에 나타낸 바와 같이, 원반형의 평판 형상의 감습부(101a)와, 감습부(101a)를 회로 박스(110)에 접속하기 위한 접속부(101w)를 포함한다.

감습부(101a)는 중앙부에 스템(35)이 관통하기 위한 구멍(101h)을 가지고 있고, 수용 공간(SP) 내에 있어서 다이어프램(20)의 중심의 바로 위에 스템(35)을 배치한 다음, 다이어프램(20)의 상부 전체를 가릴 수 있기 때문에, 다이어프램(20)의 전역의 어디에서 균열이 발생한 경우라도 후술하는 젖음 검지를 확실히 수행할 수 있다. 접속부(101w)는 감습부(101a)의 외주에서 늘어나는 가늘고 긴 장방형 평판이고, 회로 박스(110) 내의 도시하지 않는 커넥터에 그 일단이 삽입되어 접속된다. 감습부(101a)와 접속부(101w)는 일체로 형성되어 있어도 된다.

수용 공간(SP)의 습도가 상승하면, 감습부(101a)의 감습층(101A)이 흡습하고, 상부 전극(101B)과 하부 전극(101C)의 사이의 임피던스가 변화하고, 회로 박스(110)의 회로에 의해 임피던스 측정을 수행하여 습도를 검지할 수 있다.

또한, 감습층(101A)이 액체의 물에 의해 젖은 경우, 상부 전극(101B)과 하부 전극(101C)의 사이의 임피던스가 극단적으로 저하된다. 측정된 임피던스를 소정의 역치와 비교함으로써, 평면형 습도 센서(101)의 일부에 액체의 물에 의한 젖음이 있는지 판정하는 젖음 검지를 수행할 수 있다. 이에 의해, 다이어프램(20)에 파손이 생겨, 다이어프램 밸브(1)를 유통하는 수용액(As)이 수용 공간(SP)에 누출된 것을 검지할 수 있다.

제3의 실시 형태

도 11에, 본 발명의 제3의 실시 형태인 다이어프램 밸브의 중요부의 확대 단면도를 나타낸다. 또한, 상술한 각 실시 형태와 동일한 부품에 대하여는, 같은 번호를 부여하여 설명을 생략한다.

본 실시 형태에 따른 다이어프램 밸브는 그 콤프레서(50)의 압압면(하면)(51f)에 따르도록, 습도 센서(102)를 가진다. 도 11은 습도 센서(102)의 구조를 알기 쉽도록, 콤프레서(50)의 주변을 잘라, 습도 센서(102)의 두께를 강조한 도면이다.

습도 센서(102)는 흡습성을 갖는 감습층(102A)(유전체부)을 사이에 두고, 상부 전극(102B)과 하부 전극(102C)이 형성되어 있고, 평행 평판 구조를 이루고 있다. 감습층(102A)은 친수성이 높고 흡습에 따라 임피던스가 변화하는 재료로 구성되고, 예를 들면 셀룰로오스계의 필름이나 폴리이미드에 의해 만들어지는 박막이다. 하부 전극(102C)은 예를 들면, 작은 구멍을 다수 갖는 박막이나 다공질 구조를 갖는 박막이고, 도전성 물질로 형성되어 있다. 이에 의해, 감습층(102A)이 수용 공간(SP)의 공기에 대하여 수분을 흡수·방출할 수 있다. 상부 전극(102B)은 콤프레서(50)의 표면에 형성된 도전성의 박막이지만, 금속으로 형성되는 콤프레서(50) 자신을 상부 전극(102B)으로 이용하여도 된다.

상부 전극(102B)과 하부 전극(102C)은 각각 회로 박스(110)의 회로에 배선(102w1, 102w2)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.

수용 공간(SP)의 습도가 상승하면, 감습층(102A)이 흡습하고, 상부 전극(102B)과 하부 전극(102C)의 사이의 임피던스가 변화한다. 회로 박스(110)의 회로에 의해, 상부 전극(102B)과 하부 전극(102C)의 사이의 임피던스를 측정함으로써, 습도를 검지할 수 있다.

또한, 감습층(102A)이 액체의 물에 의해 젖은 경우, 상부 전극(102B)과 하부 전극(102C)의 사이의 임피던스가 극단적으로 저하된다. 측정된 임피던스를 소정의 역치와 비교함으로써, 평면형 습도 센서(102)의 일부에 액체의 물에 의한 젖음이 있는지 판정하는 젖음 검지를 수행할 수 있다. 이에 의해, 다이어프램(20)에 파손이 생겨, 다이어프램 밸브(1)를 유통하는 수용액(As)이 수용 공간(SP)에 누출된 것을 검지할 수 있다.

습도 센서(102)는 다이어프램(20)의 바로 가까이에, 또한 다이어프램(20)의 표면을 가리도록 배치되기 때문에, 다이어프램(20)의 파손의 장소에 상관없이, 즉석에서 누출을 검지할 수 있다.

상기 실시 형태에서는, 센서로서 습도 센서를 이용하고, 특정 가스를 수증기로 하고, 가요성 격벽 부재(21)를 수증기 투과성의 PTFE로 형성하고, 가요성 지지 부재(22)를 수증기 불투과성의 EPDM로 형성하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들면, 다이어프램 밸브(1)를 유통하는 액체가 특정 가스를 발생시키는 경우, 가요성 격벽 부재와 가요성 지지 부재를, 특정 가스에 대한 투과율이 다른 재료로 형성한다. 그리고, 습도 센서를 대신하여, 특정 가스의 농도 또는 그 변화를 검출 가능한 센서를 수용 공간(SP) 내에 설치한다. 이러한 구성을 채용하면, 액체가 외부로 누출되는 것을 미연에 막는 것이 가능해진다. 액체는 예를 들면 에탄올 등의 저비점의 유기 용매이다.

상기 실시 형태에서는, 습도 센서(100)를 수용 공간(SP) 내에 설치하였지만, 수용 공간(SP) 내의 습도 또는 습도 변화를 검출할 수 있다면, 수용 공간(SP) 외에 설치하는 것도 가능하다.

상기 실시 형태에서는, 유로를 따른 실링 면을 구비한 다이어프램 밸브를 예시하였지만, 소위 웨어 타입의 다이어프램 밸브에도 본 발명은 적용 가능하다.

이상, 본 발명을 실시 형태에 근거하여 설명하였지만, 본 발명은 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 여러 가지 변경이 가능하다는 것도 물론이다.

따라서, 그러한 요지를 일탈하지 않는 범위에서의 여러 가지 변경을 수행한 것도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이고, 그것은, 당업자에게 있어 특허 청구의 범위의 기재로부터 분명하다.

1, 2 : 다이어프램 밸브
10 : 밸브 바디
11 : 유로
12 : 개구부
12s : 지지부
13 : 실링 면
20 : 다이어프램
21 : 가요성 격벽 부재
21a : 후육부
21b : 박육부
21c : 실링 돌기
21d : 로킹 오목부
21t : 실링 돌기
22 : 가요성 지지 부재
22b : 굴곡부
22c : 환상 볼록부
25 : 연결 부재
25a : 연결부
30 : 액튜에이터
31 : 케이싱
31f : 내주면
32 : 상측 지지 플레이트
32a : 통기공
33 : 피스톤
34 : 하측 지지 플레이트
35 : 스템
36 : 가이드 부재
37 : 고정 부재
38 : 코일 스프링
39 : 코일 스프링
40 : 하부 플레이트
41 : 하우징
42 : 링 부재
43 : 에어포트
50 : 콤프레서
51 : 압압부
51f : 압압면
80 : 클램퍼
81 : 반원형 부재
81a : 연결 구멍부
100 : 습도 센서
101 : 평면형 습도 센서
102 : 습도 센서
110 : 회로 박스
As : 수용액
BK : 파손부
BT : 볼트
CA : 압축 에어
NT : 너트
SL1 : 실링 부재
SL2 : 실링 부재
SP : 수용 공간
VP : 수증기

Claims

유체가 유통되는 유로와, 해당 유로의 도중에 외부로 개구하는 개구부를 획정하는 밸브 바디와,
상기 개구부를 덮으면서 상기 유로와 외부를 분리하고, 또한 상기 유로의 단면적을 변경하는 가요성 격벽 부재와,
상기 가요성 격벽 부재의 상기 유로측과는 반대의 뒷면측에 배치된 가요성 지지 부재와,
상기 밸브 바디에 상기 가요성 격벽 부재 및 가요성 지지 부재의 주변부를 통해 고정되는 하우징과,
상기 가요성 지지 부재 및 상기 하우징의 내면이 획정하는 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하는 센서를 가지는 다이어프램 밸브.
제1항에 있어서,
상기 가요성 격벽 부재는 상기 가요성 지지 부재보다 내구 기간이 길어지도록 설계되어 있는, 다이어프램 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가요성 격벽 부재는 상기 가요성 지지 부재의 형성 재료와는, 특정 가스에 대한 투과율이 다른 재료로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가요성 격벽 부재는 수증기를 투과하는 재료로 형성되고, 상기 가요성 지지 부재는 수증기를 투과하지 않는 재료로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 상기 분위기 중의 특정 가스의 농도 또는 그 변화, 혹은, 상기 분위기 중의 습도 또는 그 변화를 검출하는, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 센서는 습도 센서를 포함하는, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 습도 센서는 중앙에 구멍을 갖는 평판 형상인, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제6항에 있어서,
상기 습도 센서는 상기 가요성 지지 부재와 콤프레서의 사이에 배치되는, 다이어프램 밸브.
제8항에 있어서,
상기 습도 센서는 콤프레서 표면에 배치되는, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가요성 격벽 부재는 폴리머로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
제10항에 있어서,
상기 가요성 격벽 부재는 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE)으로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가요성 지지 부재는 엘라스토머로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
제12항에 있어서,
상기 가요성 지지 부재는 천연 고무, 니트릴 고무, 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 이소부틸렌 합성 고무, 폴리클로로프렌 고무, 부틸 고무, 불소 고무, 실리콘 고무, 폴리우레탄 고무, 에틸렌 프로필렌 디엔 고무(EPDM)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되어 있는, 다이어프램 밸브.
유체가 유통되는 유로와, 해당 유로의 도중에 외부로 개구하는 개구부를 획정하는 밸브 바디와, 상기 개구부를 덮으면서 상기 유로와 외부를 분리하고, 또한 상기 유로의 단면적을 변경하는 가요성 격벽 부재와, 상기 가요성 격벽 부재의 상기 유로측과는 반대의 뒷면측에 배치된 가요성 지지 부재와, 상기 밸브 바디에 상기 가요성 격벽 부재 및 가요성 지지 부재의 주변부를 통해 고정되는 하우징을 가지는 다이어프램 밸브의 감시 방법으로서,
상기 가요성 지지 부재 및 상기 하우징의 내면이 획정하는 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하는 것,
상기 검출 결과에 근거하여 이상 여부를 판단하는 것을 가지는 다이어프램 밸브의 감시 방법.
제14항에 있어서,
상기 검출의 개시에서 종료까지의 사이에, 상기 다이어프램 밸브에 유통시키는 유체를 전환하는, 다이어프램 밸브의 감시 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 다이어프램 밸브에 유통시키는 유체를 전환하고,
해당 전환 후에, 공간 내의 분위기의 상태 또는 그 변화를 검출하고,
소정 조건을 충족한 곳에서 상기 검출을 종료하는, 다이어프램 밸브의 감시 방법.