(57)【要約】  危険な環境内で配管されたプロセス制御バルブと、バルブに結合されており、バルブを作動させるように構成されたソレノイドコイルであり、危険な環境内に配置されているソレノイドコイルと、電力を受け取り、その電力をソレノイドコイルに伝送し、それによってバルブを作動させるように構成されたバルブコイルであり、危険な環境内に配置されているバルブコイルと、バルブコイルに電力を伝送するように構成されたコントローラコイルであり、危険な環境において配置されているコントローラコイルと、を含むソレノイドバルブアセンブリ。
2014516147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
危険な環境内でプロセス制御バルブアセンブリを配管するステップであり、アセンブリがソレノイド作動バルブを含むステップと、
制御バルブアセンブリに電力を供給するステップと、
制御バルブアセンブリに供給される電力を切断することなくソレノイド作動バルブを取り外すステップと
を含む方法。
【請求項２】
制御バルブアセンブリを配管するステップが、制御バルブアセンブリを危険な環境の内側のチュービングに物理的に配管するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
制御バルブアセンブリを危険な環境の外側のコントローラに配線するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ソレノイド作動バルブを取り外すステップが、コントローラから配線を分離することなく危険な環境からソレノイド作動バルブを取り外すステップを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ソレノイド作動バルブを取り外すステップが、コントローラへの電力を停止することなく危険な環境からバルブを取り外すステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
危険な環境のバリアに隣接して、危険な環境の内側にバルブコイルを配置するステップと、
バリアに隣接して、危険な環境の外側に、かつバルブコイルからバリアと対向してコントローラコイルを配置するステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
コントローラコイルに通電し、それによってバルブコイルに電流を誘起し、それによってバルブを開くステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
コントローラコイルに通電し、それによってバルブコイルに電流を誘起し、それによってバルブを閉じるステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
危険な環境の内側にバルブコイルを配置するステップであり、バルブコイルがソレノイドコイルに配線されるステップと、
バルブコイルに隣接して、危険な環境の内側にコントローラコイルを配置するステップであり、コントローラコイルがコントローラに配線されるステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
コントローラコイルに通電し、それによってバルブコイルに電流を誘起し、それによってバルブを作動させるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
制御された環境内で配管されたプロセス制御バルブと、
バルブに結合されており、バルブを作動させるように構成されたソレノイドコイルであり、制御された環境内に配置されているソレノイドコイルと、
電力を受け取り、その電力をソレノイドコイルに伝送し、それによってバルブを作動させるように構成されたバルブコイルであり、ソレノイドコイルが制御された環境内に配置されているバルブコイルと、
バルブコイルに電力を伝送するように構成されたコントローラコイルであり、制御された環境の外側の第２の環境において配置されたコントローラに配線されているコントローラコイルと
を備える、プロセス制御バルブアセンブリ
【請求項１２】
バルブコイルとコントローラコイルとの間にバリアをさらに含む、請求項１１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１３】
コントローラコイルとコントローラとの間にバリアをさらに含む、請求項１１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１４】
プロセス制御バルブが、コントローラからコントローラコイルを分離することなく取り外し可能であるように構成されている、請求項１２に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１５】
バルブコイルに無線送信できるように、コントローラコイルに接続されており、直流信号を交流信号に反転させるように構成されたコントローラドライバをさらに含む、請求項１１に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１６】
バルブコイルに接続されており、コントローラコイルから受け取られた交流信号を整流し、それによってバルブを作動させるためにソレノイドコイルに通電するように構成されたバルブドライバをさらに含む、請求項１５に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１７】
バルブドライバがまた、データ信号をコントローラドライバに無線で送信するように構成されている、請求項１６に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１８】
データ信号が、バルブの位置を含む、請求項１７に記載のバルブアセンブリ。
【請求項１９】
データ信号が、バルブの温度を含む、請求項１７に記載のバルブアセンブリ。
【請求項２０】
データ信号が、バルブを通る流量を含む、請求項１７に記載のバルブアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本国際特許出願は、２０１１年６月６日に出願された米国特許出願第１３／１５３９２６号明細書の優先権を主張するものである。
【０００２】
本明細書において開示され教示されている本発明は、一般に、ソレノイド作動バルブに関し、より詳細には、危険なまたは敏感な環境において使用され得るソレノイド作動バルブに関する。
【背景技術】
【０００３】
米国特許出願公開第２００８０２４５４２２号明細書は、「流体吐出装置は、バリアの第１の側に配置された流体出口と、バリアの第２の側に配置された少なくとも１つの電動構成要素とを含む。また、装置は、電動構成要素に電力を供給する無線電力伝送装置を含む。」ことを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２４５４２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本明細書において開示され教示されている本発明は、危険なまたは敏感な環境においてソレノイドバルブを作動させるための改善されたシステムを対象としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のバルブアセンブリは、危険な環境内でソレノイド作動プロセス制御バルブを配管することと、危険な環境の外側のコントローラにバルブアセンブリを配線することとによって取り付けられることができ、バルブアセンブリの構成要素は、無線でデータ信号および／または電力を伝達するように構成されている。この構成により、コントローラを分離するかあるいは別様でコントローラへの電力を停止することなく、危険な環境からプロセス制御バルブを取り外すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のある態様を利用したバルブアセンブリの特定の実施形態の簡単化したブロック図である。
【図２】図１のバルブアセンブリのある構成要素の簡単化した略図である。
【図３】図１のバルブアセンブリのある構成要素の代替実施形態の簡単化した略図である。
【図４】本発明のある態様を利用したバルブアセンブリの特定の代替実施形態の簡単化したブロック図である。
【図５】図４のバルブアセンブリのある構成要素の簡単化した略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上記で説明された図、ならびに下記の特定の構造および機能の記述説明は、本出願人らが発明したものの範囲、または添付の特許請求の範囲を限定するために与えられているのではない。むしろ、図および記述説明は、特許保護が求められる本発明を製作し使用するように任意の当業者に教示するように提供されている。当業者は、明瞭さおよび理解のため、必ずしも本発明の商業的実施形態の特徴すべてが説明されまたは示されているわけではないことを理解するであろう。また、当業者は、本発明の態様を組み込んだ実際の商業的実施形態の開発には、商業的実施形態についての開発者の究極の目的を達成するために非常に多くの実施時特定の決定が必要とされることを理解するであろう。このような実施時特定の決定は、システム関連、業務関連、政府関連、および他の制約の遵守を含む場合があり、おそらくそれらに限定されるものではなく、これは、特定の実施、場所、および時々によって変化し得る。開発者の労力は、複雑であり、絶対的な意味で時間がかかることもあるが、それにもかかわらず、このような労力は、本開示の利益を有する当業者の日常的な仕事であろう。本明細書において開示され教示されている本発明は、非常に多くのさまざまな変更および代替形態を受けやすいことを理解されたい。最後に、単数用語の使用、それに限定されるものではないが、たとえば「１つの（ａ）」は、品目の数を限定することが意図されるものではない。また、関係用語の使用、それらに限定されるものではないが、たとえば「頂部（ｔｏｐ）」、「底部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「左の（ｌｅｆｔ）」、「右の（ｒｉｇｈｔ）」、「上方の（ｕｐｐｅｒ）」、「下方の（ｌｏｗｅｒ）」、「下の（ｄｏｗｎ）」、「上の（ｕｐ）」、「側（ｓｉｄｅ）」等は、図の特定の参照の際の明瞭さのために記述説明において使用され、本発明の範囲または添付の特許請求の範囲を限定することが意図されるものではない。
【０００９】
本出願人らは、危険な環境内でソレノイド作動プロセス制御バルブを配管することと、危険な環境の外側のコントローラにバルブアセンブリを配線することとによって取り付けられることができるバルブアセンブリを考案しており、バルブアセンブリの構成要素は、無線でデータ信号および／または電力を伝達するように構成されている。この構成により、コントローラを分離するかあるいは別様でコントローラへの電力を停止することなく、危険な環境からプロセス制御バルブを取り外すことができる。
【００１０】
図１は、本発明のある態様を利用したバルブアセンブリ１０の例示である。バルブアセンブリ１０は、バリア１２に跨ることが好ましい。バリア１２は、バルブアセンブリ１０が製油所、化学プラント等で使用される場合などの、危険な環境１４を安全な環境１６から分離するのに使用される場合、蒸気気密であることが好ましい。より詳細には、これらの場合には、バリア１２は、危険な環境１４内で液体および／または危険なガスを含むか、あるいは別様で危険な環境１４から安全な環境１６に液体および／または危険なガスが通過することを防止することが好ましい。より詳細に説明されるように、本発明のバルブアセンブリ１０は、先行技術のバルブを制御するのにワイヤを通すように伝統的に使用されるものなどのバリア内にいかなる貫入も必要とせず、バリアを通してきちんと機能する。
【００１１】
本発明のバルブアセンブリ１０は、プロセス制御配管またはチュービング１８内などの、液体またはガスの流れを選択的に制御するのに使用され得る。この種のチュービング１８は、通常、生産または精製プロセスを制御するのに使用され、危険な液体および／またはガスを含む場合がある。いくつかの場合には、チュービング１８は、不活性液体および／またはガスを含む場合もあるが、別様に危険な、高圧の、かつ／または環境に敏感な環境において依然として作動していることができる。
【００１２】
液体またはガスの流れを選択的に制御するために、バルブアセンブリ１０は、制御バルブ２０を含むことが好ましく、そこまでチュービング１８は、通常、配管されることになる。チュービング１８は、通常、危険な環境１４において使用されるので、バルブもまた、通常、危険な環境１４においてチュービング１８に配管される。バルブ２０を制御するために、バルブアセンブリ１０は、バルブドライバ２２を含むことが好ましい。下記でより詳細に説明されるように、バルブドライバ２２は、コントローラドライバ２４によって選択的に通電されることが好ましく、このコントローラドライバ２４は、第２のまたは安全な環境１６においてのような、バリア１２の対向する側に配置されていることが好ましい。コントローラドライバ２４は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）または他の工業プロセス制御システムなどのコントローラ２６を含むことができ、あるいは単にそれと関連して使用され得る。より詳細には、コントローラドライバ２４は、コントローラ２６に、たとえば配線２８および／またはそれとの一体化を通して電気的に結合されていることが好ましい。コントローラドライバ２４は、コントローラ２６によって、またはそれを通して電力を供給されることができ、あるいは別個の電源から独立して電力を供給され得る。
【００１３】
また、１つの好ましい実施形態において図２を参照して、バルブドライバ２２は、バルブ２０を選択的に作動させるように通電される場合に磁場を発生させるソレノイドコイル３０を含む。もちろん、バルブ２０は、ソレノイドコイル３０に通電するとバルブ２０が開くようなノーマルクローズバルブ、または、ソレノイドコイル３０に通電するとバルブ２０が閉じるようなノーマルオープンバルブでもよい。
【００１４】
好ましい実施形態においては、ソレノイドコイル３０は、整流器３２によって給電され、これは、バルブコイル３４によって給電される。電流は、バリア１２を通して、コントローラコイル３６によってバルブコイル３４に選択的に誘起される。コントローラ２６は、インバータ３８を通して選択的にコントローラコイル３６に通電する。
【００１５】
プロセス制御用途で一般に使用される典型的なソレノイドコイルは、通常、直流（ＤＣ）で作動する。同様に、典型的なＰＬＣおよび他の工業プロセス制御システムはまた、ＤＣで作動する。しかし、コントローラコイル３６とバルブコイル３４との間の誘導結合を実現するために、バリア１２を通して交流が必要とされる。したがって、本発明のバルブアセンブリ１０は、バルブ１８の作動が望まれる場合には、コントローラ２６から受け取られるＤＣを、バリア１２を通してコントローラコイル３６とバルブコイル３４との間の誘導結合を得るためにＡＣに反転させるようにインバータ３８を利用する。また、本発明のバルブアセンブリ１０は、バルブコイル３４から受け取られるＡＣをＤＣに整流するように整流器３２を利用することが好ましく、次いで、これは、バルブ２０を選択的に作動させるようにソレノイドコイル３０に供給される。
【００１６】
一代替実施形態では、コントローラ２６は、ＡＣを用いて制御信号を発生させることができ、これは次いで、コントローラコイル３６に直接的に供給されてよく、それによってインバータ３８を省くという可能性がある。追加的にまたは代替的に、ソレノイドコイル３０は、ＡＣを用いてバルブ２０を選択的に作動させるように構成されていてよく、それによって整流器３２を省くという可能性がある。
【００１７】
また、図３を参照して、バルブアセンブリ１０は、コントローラ２６、またはプロセス制御システム全体に有用であり得るセンサおよびロジックを含むことができる。たとえば、バルブドライバ２２は、マイクロプロセッサ４０ならびに１つまたは複数のセンサ、たとえば位置センサ４２、温度センサ４４、および／または流量センサ４６を含むことができる。位置センサ４２は、バルブ２０が開いているか、閉じているか、または過渡期にあるかどうかなどの、バルブ２０の位置を示すことができる。温度センサ４４は、バルブ２０、チュービング１８、および／またはバルブ２０もしくはチュービング１８を通して流れるプロセス制御流体もしくはガスの温度を示すことができる。流量センサ４６は、プロセス制御流体またはガスがバルブ２０またはチュービング１８を通して流れている流量を示すことができる。もちろん、流量センサ４６は、流量情報がまたバルブ２０の位置を示すことになるときには位置センサ４２の代わりに使用され得る。
【００１８】
いずれにせよ、マイクロプロセッサ４０は、センサを監視し、センサからの入力を示すデータ信号を発生させ、そのデータ信号を、バルブコイル３４およびコントローラコイル３６を通してコントローラドライバ２４に送り返すことができる。たとえば、マイクロプロセッサ４０は、高周波直列のパルスとしてデータ信号を発生させ、データ信号をバルブコイル３４のＡＣに重ね、こうすることでデータ信号をコントローラコイル３６に誘導結合することができ、そこで、データ信号は、コントローラ２６に伝達され得る。たとえば、コントローラ２６は、コントローラコイル３６に直接的に接続されていることができ、またはインバータ３８は、データ信号をコントローラ２６に回すように構成されていてよい。
【００１９】
また、図４および図５を参照して、コントローラドライバ２４は、危険な環境１４においても配置されていてよい。この場合は、配線２８および／またはコントローラ２６との一体化は、環境１４に対して評価されることが予想されるであろう。配線２８とバルブ２０との間にいかなる物理的接続もないことになるので、バルブ２０は、コントローラドライバ２４をその電源および／またはコントローラ２６から分離することなく依然として取り外し可能であることになる。
【００２０】
したがって、本発明は、危険な環境、および／または湿気もしくは他の物質からのよりよい隔離を必要とする環境におけるソレノイドバルブの接続の問題によりよい解決策を提供するということが理解され得る。これらの環境においてソレノイドバルブを使用した典型的な取付けには、ソレノイドのコイルが、ねじを切った剛性導管、あるいは電気接続部に貫入し、かつこれを損傷しまたは発火の恐れを与え得る、潜在的に爆発性のガス、過度の湿気または浸水または高圧液体を除去する他の手段を通して、電力供給システムに接続されていることが必要である。通常、バルブをサービスから取り外すのに必要な広範囲の分解があるので、これらの取付けでのこれらのバルブのサービス作業は、今のところ困難である。危険な環境の場合には、電力は、装置を分離する前の領域までシャットダウンする必要がある。
【００２１】
本発明は、ソレノイドコイル３０へのいかなる直接的電気接続も省くこと、およびソレノイドコイル３０に電力を供給するように近距離高周波共振誘導結合でこれを置き換えることによって、この問題を解決する。本技術は、高周波ＡＣ信号で作動する一対のコイルを通してバルブドライバ２２への電源またはコントローラドライバ２４の接近結合を含む。コントローラコイル３６は、バリア１２の同じ側または反対側に、好ましくはソレノイドコイル３０を含むバルブドライバ２２に配置された相手側のバルブコイル３４にごく近接して配置されている。バルブ２０を作動させるエネルギーは、供給源へのいかなる直接的有線接続もなく供給される。このエネルギーは、有線または無線接続を通してバリア１２を越えて伝達され得る。しかし、バルブ２０を作動させるソレノイドコイル３０へのいかなる直接的有線電気接続もないので、今やバルブアセンブリ１０は、より有効に封止されることができ、バルブ２０などの個々の構成要素は、発火源を作り出しまたは危険な環境１４に回路または配線２８を開く懸念を生じさせることなく、電源から分離することなく選択的に取り除かれ得る。これは、バルブアセンブリ１０および／またはそれの個々の構成要素の容易なサービス作業、および取り替え、および簡単化した取付けを容易にする。
【００２２】
上記で説明された本発明の１つまたは複数の態様を利用した他の実施形態およびさらなる実施形態が、本出願人の発明の精神から逸脱することなく考案され得る。さらに、本発明のさまざまな方法および実施形態は、開示された方法および実施形態の変形を生じさせるように互いに組み合わさって含まれ得る。単数の要素の考察は、複数の要素を含むことができ、その逆もまた同様である。
【００２３】
ステップの順序は、特に限定されない限りさまざまなシーケンスで発生し得る。本明細書において説明されたさまざまなステップは、他のステップと組み合わされ、記載されたステップで連結されることができ、かつ／または複数のステップに分割され得る。同様に、要素は、機能的に説明されており、かつ別個の構成要素として具現化されることができ、あるいは複数の機能を有する構成要素に組み合わされ得る。
【００２４】
本発明が好ましい実施形態および他の実施形態との関連で説明されているが、本発明のあらゆる実施形態が必ずしも説明されているわけではない。当業者には、説明された実施形態の明白な変更または修正が利用できる。開示された実施形態および開示されていない実施形態は、本出願人らによって考えられた本発明の範囲または応用性を限定または制限することが意図されるものではなく、むしろ、特許法に従って、本出願人らは、次の特許請求の範囲の均等物の範囲または領域に収まるこの種の変更および改善すべてを完全に保護することを意図している。
【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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【国際調査報告】
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