JPH0612497B2 - 自動温度制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は二次側の蒸気温度を自動的に制御する弁に関
し、特に、二次側を一定圧力に維持するように一次側の
流体を減圧して通過せしめる減圧弁を用いて、二次側を
一定温度に維持する自動温度制御弁に関する。

従来の技術 自動温度制御弁は、制御対象の制御量の検出、目標値と
の比較、偏差に基づく判断・指令等を信号的に処理し
て、弁体を操作する電動機や流体アクチュエータ等の操
作部を制御するものである。

即ち、温度センサーで二次側の温度を検出し、これを設
定機構を通して入力した目標値と比較し、信号的に処理
して、電動機等のアクチュエータを操作して比例動作、
あるいは微分・積分動作、いわゆるＰＩＤ動作をせしめ
る。従って、設定したい所望の目標値を入力するだけ
で、二次側の流体温度を所望の値に自動的に調節するこ
とができる。

発明が解決しようとする課題 しかし、自動制御弁は高価である。これは電動機等のア
クチュエータで直接に、しかも、常時小刻みに素早く弁
体を操作しなければならないので、大出力のアクチュエ
ータ、複雑な信号処理をする制御器を必要とするからで
ある。

更にＰＩＤの定数設定が、制御対象により異なる為に困
難であり、うまく設定するには知識・経験を要する。

又、設定値に対して目標とする弁の開度が不明の為、指
示値の反応を見ながら徐々に開度を調節しなければなら
ないので応答時間が非常に遅くなる。

本発明の技術的課題は、設定温度の変更が容易で、遠隔
制御や自動制御ができ、難しい操作は必要とせず、素早
い応答性を持つ自動温度制御弁を、小出力のアクチュエ
ータを用いて作ることである。

課題を解決するための手段 上記の技術的課題を解決するために講じた本発明の技術
的手段は、ダイヤフラムの一面に二次側圧力が作用し、
他面に圧力設定ばねの弾性力が作用して、該ダイヤフラ
ムの変位により弁体を操作して流体の通過量を調節する
減圧弁と、上記圧力設定ばねの弾性力を調整する圧力調
整手段と、該圧力調整手段を操作するアクチュエータ
と、該アクチュエータを駆動制御する制御部とから成
り、該制御部に設定温度目標値を入力する設定温度入力
手段と、上記圧力調整手段の絶対位置を検出する位置検
出手段と、上記圧力調整手段の絶対位置と設定温度目標
値との関係を予め記憶しておく記憶部と、該記憶部の記
憶関係と上記設定温度入力手段からの設定温度目標値と
から上記圧力調整手段の操作変位量を演算する演算部と
を設け、該演算部で演算された圧力調整手段の操作変位
量に応じて上記アクチュエータを駆動せしめることを特
徴とするものである。

作用 上記の技術的手段の作用は下記の通りである。

一般的に減圧弁と言われているものは、ダイヤフラムの
変位で主弁を直接に操作し、又はパイロット弁を操作し
てピストン弁等の主弁を間接的に操作する構造である。
ダイヤフラムには一面に二次側の流体圧力を他面に圧力
設定ばねの弾性力を作用せしめる。両力が不平衡であれ
ばダイヤフラムが変位し、弁体を操作して流体の通過量
を調節せしめ、二次側の圧力を圧力設定ばねの弾性力に
対応した値に維持する。

記憶部には、予め圧力設定ばねの弾性力を調節する圧力
調整手段の軸方向の絶対位置と設定温度目標値との関係
が記憶されているので、任意の設定温度目標値を設定温
度入力手段から入力すると、位置検出手段からの絶対位
置信号と上記記憶関係とから、設定温度目標値に応じた
圧力調整手段の操作変位量が演算部で求められる。この
操作変位量に基づく信号がアクチュエータに送られ、圧
力調整手段を駆動することにより、圧力設定ばねの弾性
力が調整される。この結果、減圧弁の弁体が操作され、
二次側への流体通過量が調節され、二次側温度を圧力設
定ばねの弾性力に対応した値に維持する。

このようにアクチュエータは設定温度目標値と二次側温
度の実測値とを比較しながら作動するのではなく、設定
温度目標値と圧力調整手段の絶対位置とを比較し、つま
り圧力調整手段の位置制御をしている為に応答の早い制
御が可能になる。

上記記憶部の記憶関係は、直接実験で求めることができ
る。あるいは、蒸気圧力と温度との間に１対１の対応関
係が成立つ場合は、実験で絶対位置と設定圧力目標値と
の関係を求め、蒸気圧力と温度との関係から演算して求
めることもできる。例えば水蒸気の場合、日本機会学会
蒸気表に示されるように、6.699℃〜374.15℃の飽和水
蒸気であれば圧力との間に１対１の対応関係が成立つ。

特有の効果 本発明は下記の特有の効果を生じる。

設定温度目標値を入力することにより二次側温度を容易
に変更することができ、遠隔操作が可能な事は勿論のこ
とであり、またアクチュエータは目標値に向かって一気
に圧力調整手段を操作するので、従来のＰＩＤ制御に比
べて非常に早い温度設定が可能である。即ち、応答性が
向上する。

アクチュエータは目標値に向かって一気に作動した後は
停止状態にあるから、運転時間が短く、運転機会も少な
いので、自動制御弁よりも寿命が遥かに長い。

また、アクチュエータは圧力調整手段を操作するもの
で、弁体を直接に素早く操作するような苛酷な状態にな
いから、小出力のものでよい。しかも、弁体はダイヤフ
ラム構造によってメカニカルに素早く敏感に操作され
る。

また、取付構造上は、アクチュエータで調節ねじを進退
操作するようにしたものであるから、既設の減圧弁にも
容易に取り付けることができる。

実施例 上記の技術的手段の具体例を示す実施例を説明する（第
１図参照）。

本実施例の自動温度制御弁は、メカニカルな減圧弁部１
と、電動機部と、制御部とから成る。

減圧弁部１は従来のものと同様である。流体の入口２と
出口３はそれぞれ一次側通路４と二次側通路５に接続し
て取り付けられる。主弁口７は主弁体６で開閉する。主
弁体６はばねで閉弁方向に付勢して配置し、弁棒を介し
てピストン８に連結する。

ピストン８の下面には出口３側の流体圧力が作用し、上
面には通路９，１１を通して入口２側の流体圧力がパイ
ロット弁体１２で制御されて導入される。パイロット弁
体１２は閉弁方向にばねで付勢され、弁棒を介してダイ
ヤフラム１３の下面に当り、その変位により開弁方向の
操作力を受ける。

従って、ダイヤフラム１３が下方に変位するとパイロッ
ト弁体１２が押し下げられ、入口２の流体が通路９，１
１を通ってピストン８の上方に導入され、主弁体６がピ
ストン８で押し下げられて主弁口７が開かれ、入口２の
流体が出口３に流れる。また、ダイヤフラム１３が上方
に変位するとパイロット弁体１２がばねで押し上げら
れ、通路９が塞がれ、ピストン８の上方の流体が通路１
１、パイロット弁体１２の弁棒の周囲の空き間、通路１
０を通って出口３に逃げ、ピストン８と主弁体６がばね
で押し上げられ、主弁口７が塞がれる。

ダイヤフラム１３の上方は細孔１４を通して外気に連結
し、ほぼ一定の外気圧に保たれる。また、ダイヤフラム
１３の上面には圧力設定ばね１６の下端が当り、弾性力
が作用する。圧力設定ばね１６の上端にはばね受け部材
を介して圧力調整手段としての調節ねじ１７の下端が当
り、調節ねじ１７の回転による進退で、圧力設定ばねの
圧縮量を調節して、ダイヤフラム１３に作用する弾性力
を調節できるようになっている。調節ねじ１７は、弁ケ
ーシングの一部を成すばね収容ケース１５に取り付けた
めねじ部材にねじ結合している。

電動機部をヨーク部材１８をばね収容ケース１５に固定
することによって取り付ける。このとき、調節ねじ１７
と出力軸２０を同一軸上に整合して、六角頭部４２と出
力軸２０の下端部を連結する。

出力軸２０はボール・スプライン２１の軸を成し、上端
に係止部材２３を設ける。ボールスプライン２１の外周
部材１９には円筒状の連結部材２２を固定する。出力軸
２０の下部に円盤２４を形成する。位置検出手段として
の位置検出センサー２６が取付台２５の下面に取り付け
られ、その検出棒３３が円盤２４の側面に当たる様に配
置される。

アクチュエータとしての電動機２９と減速機２８を取付
台２５に固定し、その出力軸２７を連結部材２２に挿入
固定する。

従って、電動機２９を回転させると減速機２８の出力軸
２７が回転し、連結部材２２と共にスプライン２１の外
周部材が回転し、その回転方向に応じて、出力軸２０が
上下動しながら回転し、調節ねじ１７が右又は左に回転
する。

この時同時にセンサー２６の検出棒３３が円盤２４の上
下運動に追従して上下に移動し、その移動量を位置信号
としてとらえる。

電動機２９の横にドライバー３０を配置して、カバー３
６で覆い、防塵、防湿対策を講じる。動力線及びその引
込口の図示は簡略化してある。

制御部は上記の位置検出センサー２６と、演算部として
の比較調節器３１と、設定温度目標値を入力する設定温
度入力手段としての調節計３２と、二次側通路に取り付
けた温度センサー４０とから成る。参照番号３４は端子
台であり、モータードライバー３０、センサー２６に結
線されている。端子台３４と比較調節器３１を信号線３
７で、温度センサー４０は信号線３９で、調節計３２も
信号線で比較調節器３１に連結する。比較調節器３１は
端子台３４の位置に配置してもよい。二次側通路５の流
体温度は温度センサー４０で検出して調節計３２に常
時、あるいは比較的短い間隔で送る。

調節計３２内の記憶部（図示せず）には圧力設定ばね１
６の弾性力を調節する調節ねじ１７の軸方向の絶対位
置、即ち円盤２４の軸方向の変位と設定温度目標値との
関係が記憶されており、調節計３２を通して所望の設定
温度目標値を入力すれば、比較調節器３１で位置検出セ
ンサー２６からの調節ねじ１７の位置信号と上記記憶関
係とから操作変位量が演算される。

ドライバー３０で電動機２９が運転され、調節ねじ１７
が右又は左に目標値に向かって一気に回転し、圧力設定
ばね１６の弾性力が調節される。操作変位量に達したと
きに電動機２９は停止する。

温度センサー４０による検出温度値と設定温度目標値と
の偏差検出値が、偏差基準値よりも大きいときには同様
に、比較調節器３１で操作変位量を演算してこの操作変
位量の信号をドライバー３０に送り、電動機２９を運転
する。偏差基準値以内であれば、電動機２９は作動せ
ず、ダイヤフラム１３によるメカニカルな作動で、圧力
つまり温度制御を行う。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の自動温度制御弁の断面図に制
御部のブロック図を重ねて表示したものである。 １：減圧弁部、５：二次側通路 ６：主弁体、８：ピストン １２：パイロット弁体、１３：ダイヤフラム １５：ばね収容ケース、１６：圧力設定ばね １７：調節ねじ、２０：出力軸 ２１：スプライン、２６：位置検出センサー ２７：減速機の出力軸、２９：電動機 ３０：ドライバー、３１：比較調節器 ３２：調節計、４０：温度センサー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ダイヤフラムの一面に二次側圧力が作用
   し、他面に圧力設定ばねの弾性力が作用して、該ダイヤ
   フラムの変位により弁体を操作して流体の通過量を調節
   する減圧弁と、上記圧力設定ばねの弾性力を調整する圧
   力調整手段と、該圧力調整手段を操作するアクチュエー
   タと、該アクチュエータを駆動制御する制御部とから成
   り、該制御部に設定温度目標値を入力する設定温度入力
   手段と、上記圧力調整手段の絶対位置を検出する位置検
   出手段と、上記圧力調整手段の絶対位置と設定温度目標
   値との関係を予め記憶しておく記憶部と、該記憶部の記
   憶関係と上記設定温度入力手段からの設定温度目標値と
   から上記圧力調整手段の操作変位量を演算する演算部と
   を設け、該演算部で演算された圧力調整手段の操作変位
   量に応じて上記アクチュエータを駆動せしめることを特
   徴とする自動温度制御弁。