(57)【要約】      （修正有）【課題】弁開度による流速当の変化に起因する圧力流体の状態変化を温度センサで監視することができ、その温度が圧力流体の液化又は気化する臨界温度に達していることを温度センサが検出した場合には弁開度を調整することができるコントロール弁を提供する。【解決手段】弁本体２１にそれぞれ形成された圧力流体の供給路２５と排出路２６と弁室２７とを備えると共に、供給路２５内に圧力流体の圧力を検出する圧力センサ２８が配置され、弁プラグ３２よりも下流側の弁室２７内若しくは排出路２８内に圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサ２９が配置され、温度センサ２９よりも下流側の弁室２７内若しくは排出路２６内に圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサ３０が配置され、各センサ２８，２９，３０からの検出結果に基づいて弁プラグ３２の駆動部を制御回路が制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、
前記供給路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する供給側圧力センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とするコントロール弁。
【請求項２】
圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、
前記供給路内に配置されて圧力流体の速度を検出する供給側速度センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の速度を検出する排出側速度センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とするコントロール弁。
【請求項３】
圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、該弁本体に回転可能に支持され且つ一端が前記弁室内に臨む弁軸と、該弁軸に方持ちで支持されて前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、
前記供給路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する供給側圧力センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とするコントロール弁。
【請求項４】
圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、該弁本体に回転可能に支持され且つ一端が前記弁室内に臨む弁軸と、該弁軸に方持ちで支持されて前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、
前記供給路内に配置されて圧力流体の速度を検出する供給側速度センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の速度を検出する排出側速度センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とするコントロール弁。
【請求項５】
前記排出側圧力センサ又は前記排出側速度センサよりも下流側の前記排出路内にフィルターが配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載のコントロール弁。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載のコントロール弁を備えていることを特徴とする配管ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力流体制御のためのコントロール弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００３−１９４６４８号公報
【０００３】
従来のコントロール弁としては、例えば、図１１に示すものが知られている（特許文献１参照）。
図１１に示すコントロール弁１は、上流側配管２と接続された配管３、下流側配管４と接続された配管５、配管３と配管５との連通状態を制御する弁プラグ６、配管５の中途部に配置されて配管５の炉内にオリフィス孔７ａを形成したオリフィス７、弁プラグ６とオリフィス７との間の配管５内の流体圧力を測定する圧力センサ８、オリフィス７の温度を検出する温度センサ９、制御回路１０、バルブ駆動部１１を備えている。
【０００４】
尚、コントロール弁１は、供給される流体が臨界条件にある場合、即ちオリフィス７から流出する流体の流体速度が音速である場合を前提としているため、圧力測定は一つの圧力センサ３だけで行なわれる。
【０００５】
制御回路１０は電子回路とマイクロコンピュータと内蔵プログラムを中心に構成されている。この制御回路１０は、図示しない増幅回路やＡ／Ｄ変換器などの電子回路系と、実験流量式によって演算流量を求めると共にその演算流量と外部入力信号である設定流量とを比較して流量差を算出する。
【０００６】
上流側圧力は圧力センサ１０により計測される。正確な圧力測定をするため、圧力センサ１０のセンサ部分はガス流に接触して配置され、しかもガス流を撹乱しないように、そのセンサ部分は極めて小さく設計されている。従って、センサ部分はガス温度に等しくなっている。
【０００７】
そのガス温度はも温度センサ９により計測されている。温度センサ９はガス流を撹乱しないようにオリフィス７の近傍温度を測定しており、ガスとオリフィス７とが熱平衡にあれば両者の温度は等しくなるから、オリフィス７の温度をガス温度として測定する。
【０００８】
上流側圧力とガス温度とは電圧として得られ、図示しない増幅回路やＡ／Ｄ変換器によりデジタル信号になる。これらのデジタル信号は制御回路１０に入力され、ガス温度とガス物性から比例係数が算出されると共に上流側圧力を利用して演算流量が算出される。
【０００９】
そして、制御回路１０には外部入力された設定流量と算出された演算流量との流量差がゼロとなるようにバルブ駆動部１１を制御し、弁プラグ６の開度を調整する。
【００１０】
また、圧力センサ１０のセンサ部分はガス温度に等しくなっており、ガス温度が変動すると、それに連れてセンサ部分の温度も変化するため、圧力センサの出力電圧が温度変動に従ってドリフト補正される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、図１１に示した特許文献１に開示のコントロール弁１では、温度センサ９は圧力センサ１０の検出精度を向上させるために用いられているため、流体の状態変化、例えば、液化や気化といった相変化を監視するものではなく、弁開度を制御するには流体種類が限定されてしまうといった問題が生じていた。
【００１２】
本発明は、圧力流体が液化若しくは気化し易い物質であっても精度良く制御することができるコントロール弁及び配管ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のコントロール弁は、圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、前記供給路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する供給側圧力センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のコントロール弁は、圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、前記供給路内に配置されて圧力流体の速度を検出する供給側速度センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の速度を検出する排出側速度センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明のコントロール弁は、圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、該弁本体に回転可能に支持され且つ一端が前記弁室内に臨む弁軸と、該弁軸に方持ちで支持されて前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、前記供給路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する供給側圧力センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明のコントロール弁は、圧力流体の供給路と排出路との間に該各路に連通する弁室が形成された弁本体と、該弁本体に回転可能に支持され且つ一端が前記弁室内に臨む弁軸と、該弁軸に方持ちで支持されて前記供給路と前記弁室との境界に位置する開口を開閉する弁プラグと、該弁プラグを変位させる駆動部とを備えたコントロール弁において、前記供給路内に配置されて圧力流体の速度を検出する供給側速度センサと、前記弁プラグよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の液化又は気化の臨界温度を検出する温度センサと、該温度センサよりも下流側の前記弁室内若しくは前記排出路内に配置されて圧力流体の速度を検出する排出側速度センサと、前記各センサからの検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明のコントロール弁は、前記排出側圧力センサ又は前記排出側速度センサよりも下流側の前記排出路内にフィルターが配置されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の配管ユニットは、請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載のコントロール弁を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るコントロール弁によれば、弁開度による流速当の変化に起因する圧力流体の状態変化を温度センサで監視することができ、その温度が圧力流体の液化又は気化する臨界温度に達していることを温度センサが検出した場合には弁開度を調整することができ、精度の高いコントロール弁とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づき本発明の実施例について説明する。図１乃至図１０は本発明の実施例を示す。
【００２１】
（実施の形態１）
図１乃至図３は本発明のコントロール弁の実施の形態１を示し、図１は開弁状態のコントロール弁の部分断面図、図２は閉弁状態のコントロール弁の部分断面図、図３は本発明のコントロール弁を用いた配管ユニットのブロック図である。
【００２２】
図１及び図２において、コントロール弁２０は、弁本体２１と、この弁本体２１を保持した駆動部ユニット２２とを備えている。
【００２３】
弁本体２１は、図示左右に突出した供給管部２３と排出管部２４とを一体に備え、これら各管部２３，２４には圧力流体の供給路２５と排出路２６とが形成されており、その内側端部が弁室２７により連通されている。また、供給路２５の中途部には圧力流体の圧力を検出する供給側圧力センサ２８が配置されている。さらに、排出路２６の中途部には、上流側に圧力流体の温度を検出する温度センサ２９、下流側に圧力流体の圧力を検出する排出側圧力センサ３０がそれぞれ配置されている。
【００２４】
駆動部ユニット２２は、円筒形状を呈しており、供給路２５と弁室２７との境界部分の開口３１を開閉する弁ノズル３２が設けられている。また、駆動部ユニット２２の内部には、図３に示すように、各センサ２８，２９，３０からの検出結果が入力される制御回路３３が設けられている。この制御回路３３は、入力結果に基づいて弁ノズル３２を変位させる駆動部３４を制御し、これにより弁ノズル３２による開口３１の開度が制御される。
【００２５】
この際、温度センサ２９は、圧力流体の種類に応じて液化又は気化する臨界温度を監視しており、その検出温度が臨界温度に達した（若しくはその直前の設定温度に達した）と制御回路３３が判断した場合には、弁ノズル３２を開放状態へと変位させるように制御回路３３が駆動部３４を制御する。
【００２６】
ところで、この制御回路３３は配管ユニット３５の全体を制御するメイン制御部３６と接続することも可能である。これにより、供給管部２３よりも上流側の供給経路上に配置された圧力センサ３６からの検出結果とを総合して圧力流体供給制御バルブ３７を制御するといった応用も可能となる。
【００２７】
また、図４及び図５に示すように、排出路２６の圧力センサ３０よりも下流側に、使用される圧力流体の種類に応じてその圧力流体の通過を許容するものが使用されると共に圧力流体に含まれる成分（例えば、塵埃や余剰成分）の除去等を行うフィルム状やシート状などのフィルター３８を配置することも可能である。
【００２８】
（実施の形態２）
図６及び図７は本発明のコントロール弁の実施の形態２を示す。
【００２９】
図６は本発明のコントロール弁の基本構造を示す縦断面図、図７（Ａ）は本発明のコントロール弁の圧力流体の流れを示す開弁状態の要部の横断面図、図７（Ｂ）は本発明のコントロール弁の圧力流体の流れを示す開弁状態の要部の横断面図である。
【００３０】
図６において、コントロール弁４０は、図示左右に直管状に貫通する圧力流体の流路中途部に弁室４１を形成した弁本体４２と、弁本体４２に回転可能に支持され且つ一端が弁室４１内に臨む弁軸４３と、弁軸４３にアーム４４を介して方持ちで支持された弁プラグ４５と、弁プラグ４５よりも吸気側の流路中に設けられたリテーナ４６及び弁座４７とを備えている。
【００３１】
弁本体４２は、弁箱４８と、この弁箱４８と協働して弁室４１を形成する蓋体４９とによって分割形成されている。
【００３２】
弁箱４８の両端には配管取付用フランジ４８ａが形成されている。また、弁箱４８の吸気側に設けられて実質的に吸気路５０を形成するリテーナ４６と弁座４７とは、略円筒形状を呈しており、Ｏリング（図示せず）等によって突き当て部分の気密性が維持されている。尚、吸気路５０は、弁室４１を挟んで弁箱４８の排出路５１と直管状に連通されている。
【００３３】
また、吸気路５０の中途部には吸気路５０内の圧力流体の圧力を検出する圧力センサ２８が設けられている。さらに、弁室４１には弁室４１内の圧力流体の温度を検出する温度センサ２９が設けられている。また、排出路５１の中途部には排出路５１内の圧力流体の圧力を検出する圧力センサ３０が設けられている。
【００３４】
尚これら各センサ２８，２９，３０の機能は上記実施の形態１と同様である。
【００３５】
蓋体４９は、弁箱４８に対し開閉可能に設けられている。また、蓋体４９には、軸受２３が固定されている。また、蓋体４９は軸受５２と協働して弁軸４３を端部寄りを回転可能に支持している。この際、軸受５２は弁軸４３の軸線方向に沿ったズレを防止する機能を備えている。
【００３６】
弁軸４３は、弁本体４２の外側（図示省略）で回転制御される。また、弁軸４３は、図７に示すように、吸気路５０，５１の中心Ｑに対して弁軸４３の回転中心Ｐが偏心して配置されている。これにより、てこの原理で、圧力流体を止めるときの締切力を大きくすることができるうえ、弁室４１内に臨む弁軸４３の一端が弁室４１を挟む吸気路５０，５１を遮らないように設計されている。
【００３７】
弁プラグ４５は、アーム４４により弁軸４３の一端に片持ち状態で取り付けられる。弁軸４３はアーム４４の取付け箇所に四角面取り部またはスプライン部を有し、アーム４４は弁軸４３にボルトまたピンで固定される。弁プラグ４５は、弁軸４３の回転により吸気路５０を開閉可能に弁室４１内に設けられる。
【００３８】
弁プラグ４５は、吸気路５０を開放したときには、弁室４１を挟む直管状の吸気路５０（５１）を遮らない位置にまで回動される。また、弁室４１は、弁プラグ４５が吸気路５０を開放しているときの弁室４１の両側の流量がほぼ同じになるよう中心Ｑを挟んで水平面内で一方側（弁プラグ４５の退避側）よりも他方側が狭く形成されている。
【００３９】
尚、この実施の形態２で示したコントロール弁４０においても、上記実施の形態１と同様にフィルター３８を配置することも可能である。
【００４０】
ところで、上記実施の形態２では、吸気側と排気側の各吸気路５０，５１が１対１であったが、例えば、図８乃至図１０に示す２連３方弁構造のコントロール弁６０といった構造にも適用することができる。尚、この２連３方弁は、図８乃至図１０に示すような混合型の他、これとは逆の分散型にも適用することができる。
【００４１】
図８乃至図１０において、６１は弁箱、６２，６３は蓋体、６４は弁室、６５，６６，６７は流路、６８，６９は弁軸、７０，７１はアーム、７２，７３は弁プラグ、７４，７５は弁座、２８−１，２８−２，３０は圧力センサ、２９は温度センサ（図９に図示）、３３は制御回路、３４−１，３４−２は駆動部である。
【００４２】
このように、図８の図示上下に延びる弁軸６８，６９とすることにより、方持ちで弁プラグ６２，６３を回動可能に保持しても、弁軸６８，６９を同軸上に配置することができるうえ、流路６６，６７を直管状に配置することができる。
【００４３】
ところで、上記各実施の形態では、圧力流体の圧力を圧力センサ２８，３０で検出したものを開示したが、圧力流体の速度を検出する速度センサでも良い。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のコントロール弁の実施の形態１を示し、開弁状態のコントロール弁の部分断面図である。
【図２】本発明のコントロール弁の実施の形態１を示し、閉弁状態のコントロール弁の部分断面図である。
【図３】本発明のコントロール弁を用いた配管ユニットのブロック図である。
【図４】本発明のコントロール弁の実施の形態１の応用例を示し、開弁状態のコントロール弁の部分断面図である。
【図５】本発明のコントロール弁の実施の形態１の応用例を示し、閉弁状態のコントロール弁の部分断面図である。
【図６】本発明のコントロール弁の実施の形態２を示し、閉弁状態のコントロール弁の部分断面図である。
【図７】（Ａ）は本発明のコントロール弁の圧力流体の流れを示す開弁状態の要部の横断面図、（Ｂ）は本発明のコントロール弁の圧力流体の流れを示す開弁状態の要部の横断面図である。
【図８】本発明のコントロール弁の実施の形態２の変形例を示し、閉弁状態の２連３方弁方式のコントロール弁の部分断面図である。
【図９】本発明のコントロール弁の圧力流体の流れを示す開弁状態の要部の横断面図である。
【図１０】本発明のコントロール弁の実施の形態２の変形例を示し、２連３方弁のブロック図である。
【図１１】従来のコントロール弁を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
２０  コントロール弁
２１  弁本体
２５  供給路
２６  排出路
２７  弁室
２８  圧力センサ（供給側圧力センサ）
２９  温度センサ
３０  圧力センサ（排出側圧力センサ）
３２  弁プラグ
３３  制御回路
３４  制御部
【図１】
2006243932.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006243932.tif 000011
【図１０】
2006243932.tif 000012
【図１１】
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