(57)【要約】【課題】アクチュエータのみを交換した場合でも、弁開度の検出精度を再現する。【解決手段】弁本体１０の本体上面１０Ａまたは本体底面１０Ｂに、継手３０を介してアクチュエータ２０の出力軸２５と接続されている弁軸１３の回動角度に応じたセンサ出力値Ｓｖを出力する弁側角度センサ１４を取り付け、弁開度計算部２８Ａが、弁側角度センサ１４で検出されたセンサ出力値Ｓｖに基づいて弁体１２の開度現在値θを計算し、流量制御部２８Ｂが、θから求めた流量現在値Ｑと予め指定された流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、出力軸２５をモータ２３で回動制御して弁体１２の弁開度を調整することにより、流体の流量をＱｒｅｆへ制御する。【選択図】  図１
2019002508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁体の開度現在値に基づいてモータで出力軸を回動させて前記弁体の弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御するアクチュエータとを備える流量制御弁であって、
前記弁本体の外側である本体上面または本体底面に取り付けられて、継手を介して前記アクチュエータの前記出力軸と接続されている前記弁軸の回動角度に応じたセンサ出力値を出力する弁側角度センサと、
前記弁側角度センサで検出された前記センサ出力値に基づいて前記弁体の開度現在値を計算する弁開度計算部と
を備えることを特徴とする流量制御弁。
【請求項２】
請求項１に記載の流量制御弁において、
前記弁側角度センサは、円形差動トランス型角度センサまたは磁気抵抗型角度センサからなることを特徴とする流量制御弁。
【請求項３】
請求項２に記載の流量制御弁において、
前記弁開度計算部は、前記弁側角度センサに関する出力基準値を設定する際、前記弁体が全閉または全開のいずれか一方の状態となるまで前記出力軸を回動し、その時点で前記弁側角度センサにより検出したセンサ出力値を前記出力基準値として設定することを特徴とする流量制御弁。
【請求項４】
流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁本体に取り付けられて、前記弁体の開度現在値に基づいてモータで出力軸を回動させて前記弁体の弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御するアクチュエータとを備える流量制御弁で、弁体の弁開度の検出に用いられる弁開度検出方法であって、
前記弁本体の外側である本体上面または本体底面に取り付けられた弁側角度センサが、継手を介して前記アクチュエータの前記出力軸と接続されている前記弁軸の回動角度に応じたセンサ出力値を出力する検出ステップと、
弁開度計算部が、前記弁側角度センサで検出された前記センサ出力値に基づいて前記弁体の開度現在値を計算する弁開度計算ステップと
を備えることを特徴とする弁開度検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量制御弁における弁開度検出技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流量制御弁は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体とアクチュエータとから構成されている。弁本体は、流体が流れる流路が内部に形成された金属管からなり、流路の途中には流体の流量を制御するための弁体が回動自在に取り付けられている。アクチュエータは、この弁体の実際の弁開度を検出し、得られた弁開度に基づいて弁体を回動制御することにより、流量制御を行うものとなっている（例えば、特許文献１など参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１９４１６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１４１８８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、流量制御弁は、アクチュエータに、角度センサ、モータ、制御回路、通信回路など、繊細な電子部品や電子回路を搭載している。特に、流体温度などの影響を抑制するため、弁体の実際の弁開度を検出するため角度センサが、アクチュエータ内部に設けられており、弁軸と接続されているモータさらには減速機などの出力軸の回動角度に基づいて弁開度を検出するものとなっている。
【０００５】
このため、アクチュエータと弁本体とで耐環境性能が大きく異なるものとなり、アクチュエータのみが故障するケースもある。このようなケースでは、弁本体を交換せずアクチュエータのみを交換する方法が考えられる。しかしながら、従来の流量制御弁では、アクチュエータを交換した場合、新たなアクチュエータの出力軸と弁軸との取付角度や、新たなアクチュエータとヨークとの取付角度に誤差が生じてしまう。このため、アクチュエータを交換した場合、アクチュエータ内部の角度センサでは、弁開度の検出精度が再現できなくなり、結果として流量精度を再現できなくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、アクチュエータのみを交換した場合でも、弁開度の検出精度を再現できる弁開度検出技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような目的を達成するために、本発明にかかる流量制御弁は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁本体に取り付けられて、前記弁体の開度現在値に基づいてモータで出力軸を回動させて前記弁体の弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御するアクチュエータとを備える流量制御弁であって、前記弁本体の外側である本体上面または本体底面に取り付けられて、継手を介して前記アクチュエータの前記出力軸と接続されている前記弁軸の回動角度に応じたセンサ出力値を出力する弁側角度センサと、前記弁側角度センサで検出された前記センサ出力値に基づいて前記弁体の開度現在値を計算する弁開度計算部とを備えている。
【０００８】
また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記弁側角度センサが、円形差動トランス型角度センサまたは磁気抵抗型角度センサからなるものである。
【０００９】
また、本発明にかかる上記流量制御弁の一構成例は、前記弁開度計算部が、前記弁側角度センサに関する出力基準値を設定する際、前記弁体が全閉または全開のいずれか一方の状態となるまで前記出力軸を回動し、その時点で前記弁側角度センサにより検出したセンサ出力値を前記出力基準値として設定するようにしたものである。
【００１０】
また、本発明にかかる弁開度検出方法は、流体が流れる流路が内部に形成されているとともに、前記流路の途中に前記流体の流量を制御する弁体が回動自在に取り付けられている弁本体と、前記弁本体に取り付けられて、前記弁体の開度現在値に基づいてモータで出力軸を回動させて前記弁体の弁軸を回動制御することにより前記流体の流量を制御するアクチュエータとを備える流量制御弁で、弁体の弁開度の検出に用いられる弁開度検出方法であって、前記弁本体の外側である本体上面または本体底面に取り付けられた弁側角度センサが、継手を介して前記アクチュエータの前記出力軸と接続されている前記弁軸の回動角度に応じたセンサ出力値を出力する検出ステップと、弁開度計算部が、前記弁側角度センサで検出された前記センサ出力値に基づいて前記弁体の開度現在値を計算する弁開度計算ステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アクチュエータのみを交換した場合でも、弁開度の検出精度を再現することが可能となり、結果として流量精度を再現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】流量制御弁の構成を示す説明図である。
【図２】流量制御弁の他の構成を示す説明図である。
【図３】流量制御処理を示すフローチャートである。
【図４】アクチュエータ交換作業手順を示すフローチャートである。
【図５】弁側角度センサ交換作業手順を示すフローチャートである。
【図６】センサ出力値と弁開度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［流量制御弁］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１について説明する。図１は、流量制御弁の構成を示す説明図である。
この流量制御弁１は、空調システム等の設備で用いられて、配管を流れる冷温水の流量を制御する電動バルブであり、主に弁本体１０とアクチュエータ２０とから構成されている。
【００１４】
［弁本体］
弁本体１０は、流体が流れる流路１１が内部に形成された金属管からなり、流路１１の途中には流体の流量を制御するための弁体１２が回動自在に取り付けられている。弁体１２には、弁本体１０の外部へ一端が導出された弁軸１３が結合されており、この弁軸１３の回動操作により弁体１２が回動し、流路１１の断面積、すなわち弁開度が変化して、流体の流量が制御される。
【００１５】
流路１１の内壁１１Ａのうち、弁体１２の一次側（流体上流側）には圧力センサＳ１が配置されており、弁体１２の二次側（流体下流側）には圧力センサＳ２が配置されている。これら圧力センサＳ１，Ｓ２は、それぞれ流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を検出し、得られた検出結果を示す圧力検出信号をアクチュエータ２０へ出力する。これら一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、検出温度Ｔｖに基づき開度現在値θｖを補正して得られた開度現在値θとに基づいて流路１１を流れる流体の流量が計測される。
【００１６】
弁本体１０の外側である本体上面１０Ａには、弁軸１３の回動角度を検出し、回動角度に応じたセンサ出力値Ｓｖをアクチュエータ２０へ出力する弁側角度センサ１４が配置されている。弁側角度センサ１４は、断熱材を介して弁本体１０に取り付けられており、流体温度の影響が抑制されている。また、弁側角度センサ１４には温度センサＳ３が取り付けられており、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｖに基づいて、弁側角度センサ１４の開度現在値θｖが開度現在値θに温度補正される。なお、開度現在値θｖの温度補正は、本実施の形態において必須ではなく、弁側角度センサ１４のセンサ出力が周囲温度の影響を受けない場合には、温度補正を省くこともできる。
【００１７】
弁側角度センサ１４としては、例えば円形差動トランス型角度センサ（特許文献２）や磁気抵抗型角度センサ（特許文献３）を用いればよい。本発明は、これら特許文献２および特許文献３に記載されたすべての内容を含むものとする。なお、弁側角度センサ１４は、これに限定されるものではなく、ポテンショメータ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダなど、回転角度が計測できるセンサを弁側角度センサ１４として用いてもよい。また、弁側角度センサ１４が、弁本体１０の外側ではなく本体内部に設けられていてもよい。
【００１８】
円形差動トランス型角度センサは、弁軸１３の回動に応じて円弧状の管内を移動する可動鉄心の位置を、円弧状の管の外周面に巻回された２つの検出コイルを有する差動トランスで検出出力するセンサである。
また、磁気抵抗型角度センサは、弁軸１３とともに回動するロータと、ロータを囲うように配置された環状のステータとのギャップを、ステータからロータ側に突出して設けられた２つの検出用巻線で検出出力するセンサである。
【００１９】
［アクチュエータ］
アクチュエータ２０は、ヨーク３１を介して弁本体１０の本体上面１０Ａに取り付けられて、継手３０を介して弁軸１３と接続されている出力軸２５を回動制御することにより、弁体１２の弁開度を制御して、流体の流量制御を行う機能を有している。
アクチュエータ２０には、主な構成として、流量目標設定部２１、モータ駆動部２２、モータ２３、減速機２４、出力軸２５、基準値記憶部２６、特性テーブル記憶部２７、および制御部２８が設けられている。
【００２０】
流量目標設定部２１は、上位装置（図示せず）から出力された流量目標信号を受信して、流量目標信号に含まれる流量目標値Ｑｒｅｆを取得し、制御部２８へ出力する機能を有している。
モータ駆動部２２は、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ２３を駆動する機能を有している。
【００２１】
モータ２３は、モータ駆動部２２からの駆動信号により、指定された方向へ指定された角度分だけシャフト２３Ａを回転させる機能を有している。
減速機２４は、端数の異なる複数の歯車が噛合されたギヤボックスからなり、モータ２３のシャフト２３Ａの回転速度を減速して出力軸２５を回動させる機能を有している。
【００２２】
これにより、制御部２８から出力されたモータ制御信号に基づいて、モータ駆動部２２から駆動信号がモータ２３に出力される。また、この駆動信号に応じてモータ２３のシャフト２３Ａが回転し、その回転出力が減速機２４で減速されて出力軸２５を回動させ、継手３０および弁軸１３を介して弁体１２が所定の回動角度すなわち弁開度まで回動することになる。
【００２３】
基準値記憶部２６は、不揮発性の半導体メモリからなり、弁側角度センサ１４のセンサ出力値Ｓｖと弁体１２の弁開度との対応関係の基準となる出力基準値Ｓｓを記憶する機能を有している。出力基準値Ｓｓは、弁体１２の５０％開度分のスパンに相当する、弁側角度センサ１４のセンサ出力値Ｓｖを示している。
【００２４】
特性テーブル記憶部２７は、不揮発性の半導体メモリからなり、流量現在値Ｑの計算に用いる弁体１２に固有の流量係数Ｃｖを特定するための特性テーブルを記憶する機能を有している。この特性テーブルには、流路１１の一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２と弁体１２の開度現在値θとの組み合わせごとに、弁体１２に固有の流量係数Ｃｖが予め登録されている。これら特性テーブルの各データは、形状や材質などの弁体１２の特徴に基づいて別途計算されたものである。
【００２５】
制御部２８は、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑと、流量目標設定部２１からの流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、弁体１２の弁開度を調整することにより流量現在値Ｑを制御する機能を有している。
制御部２８には、主な処理部として、弁開度計算部２８Ａと流量制御部２８Ｂとが設けられている。これら処理部は、中央処理装置（ＣＰＵ）と予め登録されているプログラムとが協働することにより実現されている。
【００２６】
弁開度計算部２８Ａは、弁側角度センサ１４で検出されたセンサ出力値Ｓｖと基準値記憶部２６の出力基準値Ｓｓとに基づいて、弁体１２の開度現在値θｖを計算する機能と、温度センサＳ３で検出された検出温度Ｔｖに基づいて、開度現在値θｖを補正することにより開度現在値θを計算する機能と、弁体１２が全閉または全開のいずれか一方の状態となるまで出力軸２５を回動し、その時点で弁側角度センサ１４により検出したセンサ出力値Ｓｖを、弁側角度センサ１４に関する出力基準値Ｓｓとして基準値記憶部２６に設定する機能とを有している。
【００２７】
流量制御部２８Ｂは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２と、弁開度計算部２８Ａで計算された補正後の開度現在値θとに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する機能と、この流量現在値Ｑと流量目標値Ｑｒｅｆとの偏差ΔＱに基づいて、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、弁体１２の弁開度を調整して流量現在値Ｑを制御する機能とを有している。
【００２８】
図２は、流量制御弁の他の構成を示す説明図である。図１では、弁側角度センサ１４を本体上面１０Ａに取り付けた場合を例として説明したが、取り付け位置については弁本体１０の外側である本体底面１０Ｂであってもよい。
弁体１２を弁本体１０内の流路１１に回動自在に取り付ける際、内壁１１Ａの上側部と下側部とで弁軸１３を係止している。このため、弁軸１３の下端を本体底面１０Ｂから弁本体１０の外部へ導出することが可能であり、弁本体１０の外側へ導出した弁軸１３の下端の回動角度を弁側角度センサ１４で検出すればよい。
【００２９】
［流量制御動作］
次に、図３を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１の流量制御動作について説明する。図３は、流量制御処理を示すフローチャートである。
制御部２８は、流路１１を流れる流体の流量を制御する場合、図３の流量制御処理を実行する。なお、流量目標設定部２１には、予め流量目標値Ｑｒｅｆが設定されているものとする。また、基準値記憶部２６には、出力基準値Ｓｓが設定されており、特性テーブル記憶部２７には、弁体１２に関する特性テーブルが予め登録されているものとする。
【００３０】
まず、弁開度計算部２８Ａは、弁側角度センサ１４からセンサ出力値Ｓｖを取得し（ステップ１００）、基準値記憶部２６から読み出した出力基準値Ｓｓに基づいて、Ｓｖから開度現在値θｖ＝５０×（１＋Ｓｖ／Ｓｓ）［％］を計算する（ステップ１０１）。
続いて、弁開度計算部２８Ａは、温度センサＳ３から検出温度Ｔｖを取得し（ステップ１０２）、Ｔｖに基づいて開度現在値θｖを補正した開度現在値θを計算する（ステップ１０３）。温度補正については、予め設定されている弁側角度センサ１４に固有の温度特性式に基づいて補正すればよい。
【００３１】
次に、流量制御部２８Ｂは、圧力センサＳ１，Ｓ２から出力された圧力検出信号が示す一次側圧力Ｐ１および二次側圧力Ｐ２を取得し（ステップ１０４）、これらＰ１，Ｐ２の差圧ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２を計算する（ステップ１０５）。
続いて、流量制御部２８Ｂは、ΔＰとθに対応する流量係数Ｃｖを特性テーブル記憶部２７の特性テーブルから取得し（ステップ１０６）、ＣｖとΔＰに基づいて、流路１１を流れる流体の流量現在値Ｑを計算する（ステップ１０７）。この際、流路１１の口径などによって定まる定数をＡとした場合、流量現在値Ｑは、Ｑ＝Ａ・Ｃｖ・（ΔＰ）1/2で求められる。
【００３２】
この後、流量制御部２８Ｂは、ＱとＱｒｅｆの偏差ΔＱ＝Ｑ−Ｑｒｅｆを計算し（ステップ１０８）、ΔＱとゼロとを比較する（ステップ１０９）。
ここで、ΔＱがゼロと等しくΔＱ＝０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＝０）、流量制御部２８Ｂは、弁開度を変更することはないが、流量目標値が変更にならなくても、管路の状態により流量現在値Ｑが変化するため、ステップ１００に戻る。
【００３３】
一方、ΔＱがゼロより小さくΔＱ＜０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＜０）、流量制御部２８Ｂは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ開方向に駆動し（ステップ１１０）、ステップ１００に戻る。
また、ΔＱがゼロより大きくΔＱ＞０である場合（ステップ１０９：ΔＱ＞０）、流量制御部２８Ｂは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、モータ２３をΔＱに相当する弁開度分だけ閉方向に駆動し（ステップ１１１）、ステップ１００に戻る。
【００３４】
［アクチュエータ交換作業手順］
次に、図４を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１におけるアクチュエータ交換時の作業手順について説明する。図４は、アクチュエータ交換作業手順を示すフローチャートである。
【００３５】
まず、新たなアクチュエータ２０の交換前に、弁本体１０の弁体１２に固有の特性テーブルを、外部装置や記録媒体（図示せず）から取得して特性テーブル記憶部２７に保存する（ステップ２００）。この作業については、流量制御弁１の設置現場で実行してもよく、工場やサービス拠点など設置現場へ出向く前に実行しておいてもよい。
【００３６】
続いて、作業者が設置現場で、元のアクチュエータを取り外した後、新たなアクチュエータ２０を弁本体１０に取り付ける（ステップ２０１）。この際、継手３０により弁軸１３と出力軸２５とを接続するとともに、新たなアクチュエータ２０をヨーク３１に固定し（ステップ２０２）、一連のアクチュエータ交換作業手順を終了する。
この際、弁側角度センサ１４が、円形差動トランス型角度センサまたは磁気抵抗型角度センサの場合、定電流で角度をセンシングするため、アクチュエータ２０の交換時における弁側角度センサ１４の再調整は不要である。
【００３７】
［弁側角度センサ交換作業手順］
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる流量制御弁１における弁側角度センサ交換時の作業手順について説明する。図５は、弁側角度センサ交換作業手順を示すフローチャートである。ここでは、弁側角度センサ１４が、円形差動トランス型角度センサまたは磁気抵抗型角度センサからなるものとして説明する。
【００３８】
まず、作業者が設置現場で、以前の弁側角度センサ１４を取り外した後、新たな弁側角度センサ１４を弁本体１０に取り付ける（ステップ３００）。
この後、制御部２８は、例えばアクチュエータ２０の通電に応じて、ステップ３０１−３０６に示す基準値設定処理を実行する。
【００３９】
まず、制御部２８は、弁側角度センサ１４からのセンサ出力値ＳｖをＡ／Ｄ変換器でデジタル化し、各種演算処理に用いる。この際、電圧値［Ｖ］からなるセンサ出力値Ｓｖを百分率［％］で示される開度現在値θｖに変換するには、弁体１２が全開状態または全閉状態であるときのＳｖ、すなわち出力基準値Ｓｓが必要となる。
ここで、Ｓｓを示す電圧値は、弁側角度センサ１４ごとにバラツキを含んでいる。このため、アクチュエータ２０を交換した場合、弁本体１０に取り付けられている弁側角度センサ１４に固有のＳｓを、基準値設定動作により基準値記憶部２６に設定する必要がある。
【００４０】
図６は、センサ出力値と開度現在値との関係を示すグラフである。弁側角度センサ１４として用いられる、これら円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサは、前述したように、弁軸１３の中間位置角度すなわち５０％開度を中心として、全閉方向および全開方向に対称となるセンサ出力値Ｓｖを出力する構造を有している。したがって、図６に示すように、センサ出力値Ｓｖと開度現在値θｖとの関係は線形比例するとともに、全閉および全開を示す電圧値は、５０％開度を示す電圧値＝０ｖを中心として、等しい電圧幅Ｓｓだけ離れた電圧値−Ｓｓ，Ｓｓとなる。
【００４１】
本発明は、このような円形差動トランス型角度センサおよび磁気抵抗型角度センサの出力特性に着目し、弁体１２の５０％開度分のスパンに相当するＳｖを計測し、得られたＳｖを出力基準値Ｓｓとして、特性テーブル記憶部２７に設定するようにしたものである。
【００４２】
具体的には、図５に示すように、まず、弁開度計算部２８Ａは、弁側角度センサ１４で検出されたセンサ出力値Ｓｖ（電圧値）を取得し（ステップ３０１）、Ｓｖ≧０［ｖ］かどうか確認する（ステップ３０２）。
ここで、Ｓｖ＞０であり、弁体１２が５０％開度を超えて開いている場合（ステップ３０２：ＹＥＳ）、弁開度計算部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、弁体１２が全開になるまでモータ２３を駆動する（ステップ３０３）。
【００４３】
一方、Ｓｖ≦０であり、弁体１２が５０％開度以下で閉まっている場合（ステップ３０２：ＮＯ）、弁開度計算部２８Ａは、所定のモータ制御信号をモータ駆動部２２へ出力することにより、弁体１２が全閉になるまでモータ２３を駆動する（ステップ３０４）。
全閉および全開への到達は、例えば、モータ２３は、機械的あるいは電気的にモータを停止させるので、停止したことあるいは停止によって出力される信号を検知すればよい。
【００４４】
次に、弁開度計算部２８Ａは、弁側角度センサ１４で検出されたセンサ出力値Ｓｖを取得し（ステップ３０５）、得られたＳｖの絶対値を計算し、得られた出力基準値Ｓｓとして特性テーブル記憶部２７に設定し（ステップ３０６）、一連の基準値設定処理を終了する。
これにより、基準値設定処理の開始時における弁体１２の開度に応じて、全開または全閉のうち、いずれか近い方へモータ２３が駆動されることになる。このため、最も短い時間で、出力基準値Ｓｓを計測して設定することができる。
【００４５】
［アクチュエータと弁側角度センサの同時交換作業手順］
次に、アクチュエータと弁側角度センサを同時に交換する作業手順について説明する。
まず、前述の図４で説明した、アクチュエータ交換作業手順に従って、流量制御弁１のアクチュエータ２０を交換した後、前述の図５で説明した、弁側角度センサ交換作業手順に従って、弁本体１０の弁側角度センサ１４を交換する。
【００４６】
［本実施の形態の効果］
【００４７】
一般に、アクチュエータ２０は、ヨーク３１を介して弁本体１０に接続されており、アクチュエータ２０の出力軸２５は、継手３０を介して弁本体１０の弁軸１３と接続されている。したがって、アクチュエータ２０のみを交換する場合、元のアクチュエータをヨーク３１から取り外すとともに、継手３０を緩めて元のアクチュエータの出力軸２５と弁軸１３とを一旦切り離し、その後、新たなアクチュエータ２０の出力軸２５と弁軸１３とを継手３０で接続するとともに、新たなアクチュエータ２０をヨーク３１に接続する必要がある。
【００４８】
前述した従来の流量制御弁では、アクチュエータ２０内部の角度センサで検出した出力軸２５の回動角度を、弁本体１０の弁軸１３の回動角度と見なし、この回動角度に基づいて弁開度を検出するものとなっている。
このため、アクチュエータ２０の交換により、新たなアクチュエータ２０とヨーク３１との取付角度や、新たなアクチュエータ２０の出力軸２５と弁軸１３との取付角度に誤差が生じた場合、アクチュエータ２０内部の角度センサで検出した出力軸２５の回動角度と、実際の弁軸１３の回動角度との誤差となって現れることになる。なお、出力軸２５が弁体１２に連結されているような、アクチュエータ２０のみの交換を考慮していない流量制御弁では、このような課題は生じない。
【００４９】
ここで、新たなアクチュエータ２０をヨーク３１に接続する際や、継手３０で新たなアクチュエータ２０の出力軸２５を弁軸１３に接続する際、これら取付角度を元のアクチュエータの取付角度と誤差なく接続することは、現場での実際の作業を考慮すると極めて困難である。
したがって、従来の流量制御弁では、アクチュエータ２０のみを交換した場合、取付角度の誤差により弁開度の検出精度が再現できなくなり、流量精度を再現できなくなる恐れがあった。このため、アクチュエータ２０のみが故障した場合でも、アクチュエータ２０と弁本体１０の両方を交換する必要があった。
【００５０】
一方、本実施の形態は、弁本体１０の本体上面１０Ａまたは本体底面１０Ｂに、継手３０を介してアクチュエータ２０の出力軸２５と接続されている弁軸１３の回動角度に応じたセンサ出力値Ｓｖを出力する弁側角度センサ１４を取り付け、弁開度計算部２８Ａが、弁側角度センサ１４で検出されたセンサ出力値Ｓｖに基づいて弁体１２の開度現在値θｖを計算するようにしたものである。
【００５１】
これにより、弁軸１３の回動角度は、弁本体１０に取り付けられた弁側角度センサ１４で直接検出されることになり、アクチュエータ２０のみを交換しても弁側角度センサ１４は交換されない。このため、アクチュエータ２０のみを交換して、新たなアクチュエータ２０の出力軸２５と弁軸１３との取付角度や、新たなアクチュエータ２０とヨークと３１の取付角度に誤差が生じても、弁側角度センサ１４で検出される弁軸１３の回動角度での誤差は生じない。したがって、アクチュエータ２０のみを交換した場合でも、弁開度の検出精度を再現することが可能となり、結果として流量再現を確保することが可能となる。
【００５２】
また、空調システム等の設備で流量制御弁１を用いる場合、配管を流れる流体が蒸気の場合、弁本体１０も１００℃近くまで上昇する。このため、弁本体１０の内部に弁側角度センサ１４を設けた場合、弁側角度センサ１４が、常時、熱負荷に曝されることになり、弁軸１３の回動角度の検出誤差だけでなく、早期に劣化する原因にもなる。本実施の形態では、弁側角度センサ１４を弁本体１０の外側である本体上面１０Ａまたは本体底面１０Ｂに取り付けているため、弁本体１０の内部に弁側角度センサ１４を設けた場合と比較して、流路１１を流れる流体の流体温度の影響を抑制することができる。
【００５３】
また、弁本体１０の内部に弁側角度センサ１４を設けるためには、弁本体１０の内部に弁側角度センサ１４を配置する空間を新たに形成する必要があり、具体的には、弁本体１０の金型を変更する必要がある。ここで、金型変更に伴う作業コストは比較的高く、流路１１の口径が大きいほど金型も大きいため、金型変更に伴う作業コストは極めて大きくなる。
【００５４】
これに対して、本実施の形態では、弁側角度センサ１４を弁本体１０の外側に取り付けているため、金型を変更する必要はなく、金型変更に伴う作業コストを必要とすることなく、弁軸１３の回動角度を、直接、弁側角度センサ１４で検出することが可能となる。また、これにより、従前の弁本体１０を継続して用いることができ、金型変更に伴う流量制御への影響を回避でき、流量制御においてこれまでに培われた高い信頼性が得られる。
【００５５】
また、流量制御弁１では、一般に、流路の経年変化において、弁体１２と弁本体１０との間の堆積物により弁体１２を回動させるのに大きなトルクを必要とした場合、弁軸１３のねじれが大きくなる。また、弁体１２を回動させる際、流路の口径が大きい場合、差圧が大きい場合、あるいは、流体流量が多い場合、弁体１２に大きな負荷トルクが発生する場合がある。したがって、角度センサをアクチュエータ２０側に設けた場合、このような出力軸と弁軸との間のねじれの影響を受けやすい。一方、本実施の形態は、弁側角度センサ１４を弁本体１０の外側に取り付けているため、このような出力軸と弁軸との間のねじれの影響について優位性が得られる。
【００５６】
また、本実施の形態において、弁側角度センサ１４として、円形差動トランス型角度センサまたは磁気抵抗型角度センサを用いてもよい。これら角度センサは、非接触なため高寿命であり、主な構成部品が巻線と電磁鋼板であるため耐環境性が高い。また、弁側角度センサ１４は、弁本体１０の外側に搭載されているため、簡単に交換することができる。また、定電流でセンシングするため、アクチュエータ２０交換時における現場での再調整が不要である。さらに、構造的に中空機構なので、ロータとステータとが分離で、弁軸１３に対して容易に取り付けることができる。
【００５７】
また、本実施の形態において、弁開度計算部２８Ａが、弁側角度センサ１４に関する出力基準値を設定する際、弁体１２が全閉または全開のいずれか一方の状態となるまで出力軸２５を回動し、その時点で弁側角度センサ１４により検出したセンサ出力値Ｓｖを、弁側角度センサ１４に関する出力基準値Ｓｓとして設定するようにしてもよい。これにより、基準値設定時に、弁体１２を全閉から全開まで駆動する必要がなくなるため、短い時間で全閉および全開の出力基準値を設定することが可能となる。
【００５８】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…流量制御弁、１０…弁本体、１０Ａ…本体上面、１０Ｂ…本体底面、１１…流路、１１Ａ…内壁、１２…弁体、１３…弁軸、１４…弁側角度センサ、２０…アクチュエータ、２１…流量目標設定部、２２…モータ駆動部、２３…モータ、２４…減速機、２５…出力軸、２６…基準値記憶部、２７…特性テーブル記憶部、２８…制御部、２８Ａ…弁開度計算部、２８Ｂ…流量制御部、３０…継手、３１…ヨーク、Ｓ１，Ｓ２…圧力センサ、Ｓ３…温度センサ、Ｑｒｅｆ…流量目標値、Ｑ…流量現在値、ΔＱ…偏差、Ｓｖ…センサ出力値、Ｓｓ…出力基準値、θｖ，θ…開度現在値、Ｔｖ…検出温度、Ｐ１…一次側圧力、Ｐ２…二次側圧力、ΔＰ…差圧、Ｃｖ…流量係数。
【図１】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年5月7日(2018.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１９４１６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１４１８８号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２５０３８号公報