(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを制御するためのシステムにおいて、前記システムは
弁制御信号を発生させるためのスイッチング組立体と、
低電圧要素を包含する２位置弁であるパイロット弁とを有し、
前記低電圧要素は前記弁制御信号に応答し、前記パイロット弁は前記弁制御信号に応答してパイロット流体圧力を制御し、
前記パイロット圧力に応答する主弁とを有し、前記主弁はアクチュエータに関わる制御要素を変位させるための作動圧力を加え、
前記スイッチング組立体は、光源と少なくとも１つの太陽電池とを包含し、前記光源は前記少なくとも１つの太陽電池によって受信される光源信号を発生させ、前記太陽電池は前記光信号に応答して前記弁制御信号を発生させ、前記制御信号は電気信号であり、光送信機とホトダイオードとを包含し、前記ホトダイオードは前記少なくとも１つの太陽電池と前記低電圧要素との間の電線上に位置し、前記ホトダイオードは光送信機の信号に応答し、前記ホトダイオードは前記光送信機の信号に応答して前記弁制御信号が前記低電圧要素を印加するように作動することを特徴とするシステム。
【請求項２】
作動弁を制御するための弁システムにおいて、前記システムが
弁制御電気信号を発生させるためのスイッチ回路とを有し、前記スイッチ回路は少なくとも１つの光装置を備え、
送信信号を発生させるための送信装置とを有し、前記スイッチ回路は前記送信信号に応答し、
圧電素子を備えた、制御弁組立体とを有し、前記圧電素子は前記弁制御信号に応答し、前記弁組立体は前記弁制御信号に応答して流体の流れを制御し、前記流体の流れは２位置弁であるパイロット弁を含む前記作動弁を制御し、
前記送信装置は光源を備え、前記スイッチ回路は少なくとも１つの太陽電池を備え、前記光源は前記少なくとも１つの太陽電池によって受信される最初の光源信号を発生させ、前記少なくとも１つの太陽電池は前記光信号に応答して前記弁制御信号を発生させ、前記スイッチ回路は更にホトダイオードを包含し、前記送信装置は光送信機を備え、前記ホトダイオードは前記少なくとも１つの太陽電池と前記圧電素子との間の電線上に位置し、前記ホトダイオードは前記光送信機からの光送信機の信号に応答し、前記ホトダイオードは前記光送信機からの第二の光信号に応答し、前記ホトダイオードは前記弁制御信号が前記圧電素子を印加するように前記第二の光信号に応答し、はたらくことを特徴とする弁システム。
【請求項３】
前記スイッチ回路は、増幅回路を包含し、前記弁制御信号が前記圧電素子に加えられる前に前記増幅回路が前記弁制御信号を増幅することを特徴とする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記送信装置が光送信機と直流電源と手動スイッチとを包含し、前記手動スイッチを作動させると前記直流電源が前記光送信機を印加し、前記送信信号を発生させることを特徴とする請求項２記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景技術】
本発明は、概略は本質的に安全な弁に関し、より詳しくは、最小限の電気エネルギーで作動する圧電素子を用いた弁に関する。
【０００２】
多くの産業で可燃性の化学薬品を使用したり製造したりしている。こうした産業では火災や爆発を防ぐために、そうした化学薬品の発火を防ぐための特別な注意を払わなければならない。そうした化学薬品の発火の可能性を最小限にするために化学薬品管理システムは典型的に顕著な考慮を必要とする。電気回路の接続や解除によってしばしば生じるアークや火花が最小限になるように化学薬品管理システムは典型的に設計されている。今日そうした化学薬品管理システムはこの目的を達成するために高価な配線とスイッチ要素を必要とする。
【０００３】
そうした化学薬品管理システムの一例を挙げると、可燃性化学薬品の流れを制御するための弁要素を変位させるためにソレノイド弁を使用している。今日のシステムは高価な低スパーク設備を用いている。こうした設備は顕著な配線のシールドとスイッチの密封のために高価なスパークレス配線とスパークレススイッチを包含する。こうしたスイッチは典型的に、作動電圧レベルではなく、信号電圧レベルで作動するが、高い可燃性の環境の中でのわずかなスパークも極度に危険な状況を呈しかねない。
【０００４】
かくして化学薬品管理システムの弁全体のコストを抑えた本質的に安全な弁を供給する必要がある。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の教示により、圧電素子のような低電圧要素を用い、流体フロー弁を作動させることにより使用する電気エネルギーを最小限にする弁システムが開示される。１つの実施形態では圧電素子がパイロット圧力弁を付勢させ、パイロット圧力弁が制御流体を主制御弁に通す。制御流体は主制御弁に作動要素を作動させ、今度は作動要素が流体フロー弁を作動させる。圧電素子を作動させるためにスイッチング組立体が用いられる。前記スイッチング組立体は、光スイッチ装置を含み、前記弁を離れた場所から制御できるようにする。
【０００６】
本発明と目的と利点のより完全な理解のために、以下の仕様と添付の図面を参照されたい。
【０００７】
【実施の形態】
図１は本発明に係わる本質的に安全な弁システム１０の平面図である。弁システム１０は弁付勢組立体１２と、送信機１４と、作動要素１６と、流体弁１８とを包含する。前記送信機１４がアンテナ２６から送信する信号２４は弁組立体１２に関するアンテナ３０によって受信される。本実施例では前記信号２４は、光信号を使用する。前記信号２４は前記送信機１４によって符号化され、特定の弁組立体１２だけが前記信号２４に応答して作動するようにすることもできる。こうして前記弁組立体１２が他の弁組立体と区別されるようにアドレスされることが可能である。前記弁組立体１２が前記信号２４を受信すると、前記作動要素１６を作動させ、前記流体弁１８の定位により、前記作動要素１６が前記流体弁１８を開閉する。前記流体弁１８は化学薬品の第一側２０と第二側２２との間の流れを制御する。前記流体弁１８は低電圧で作動するどんな種類のアクチュエータでもよい。特に前記流体弁１８は本文で述べるシステムに都合のよいどんな種類のアクチュエータでもよい。
【０００８】
前記受信機２８は前記アンテナ３０からの前記信号２４を検出する検知機３０を包含する。バッテリー３２は前記受信機２８に電気エネルギーを供給する。前記受信機２８は前記アンテナ３０からの前記信号２４に応答する無接点スイッチ３４を包含する。前記送信機１４が前記信号２４を符号化すると、前記受信機２８が正しくアドレスされた受信機である場合だけ、前記無接点スイッチ３４が応答する。
【０００９】
前記受信機２８は前記無接点スイッチ３４を通じてパイロット弁３６に電気信号を出力する。前記パイロット弁３６は前記パイロット弁３６の弁本体４０についている圧電スイッチ組立体３８を包含する。前記スイッチ組立体３８に包含される圧電素子の構造配置は、先行技術で良く知られているように、電圧に応答して変化する。圧電素子は本文で述べる目的に適したどんな種類の圧電素子でもよい。別の実施形態では、圧電素子は、セラミック素子のような折り曲げ素子技術を用いた、本文で述べる目的に適した他の種類の低電圧要素でもよい。前記弁３６はパイロット線４２にパイロット圧力の入力エアーを供給する２位置弁である。前記組立体３８は、電圧が入力されると変形する調節装置(図示せず)を包含する。調節装置の変形は小さい口を開け、パイロット圧力の大気を前記パイロット線４２に、加え、続いてパイロット圧力の大気が主スプールまたはポペット弁４４に加えられるようにする。前記パイロット弁３６は商業的に入手可能な弁として実現されるのが好ましい。
【００１０】
前記主弁４４は入力エアーの適用と前記作動要素１６への排出を制御する。特に前記パイロット線４２からパイロット圧力が加えられると、前記主弁４４は前記作動要素１６を変位させるように入力エアーを加える。前記作動要素１６は前記弁１８用の大気圧回転オペレータとして実現されうる。それに従い前記弁１８は、前記作動要素１６の変位が前記弁１８を開閉するようなバタフライ弁として実現されうる。前記受信機２８からの電気信号がなくなると前記パイロット弁３６は前記パイロット線４２へのパイロット圧力の供給を止める。これに従い前記主弁４４が除勢され、前記作動要素１６を最初の位置に変位させ、前記弁１８を閉じる。
【００１１】
図２は本発明に係わる別の実施形態の本質的に安全な弁システム５０を示す。該弁システム５０は前記弁システム１０と同様に配置され、同様の要素を示すのに同様の参照番号が使われている。そうした同様の要素は、図１に関して述べられたのと同様に働くため、図２に関しては述べられない。
【００１２】
前記弁システム５０において特記すべきは前記パイロット弁３６を作動させるための付勢技術である。特に光作動システム５２は前記弁システム１０の前記送信機１４と前記受信機２８との代わりとなる。前記システム５２は光ファイバーケーブル５６に光信号を出力する光ファイバースイッチ５４を包含する。前記光ファイバーケーブル５６は光信号を光ファイバー検知器５８に与える。前記光ファイバー検知器５８は前記スイッチ５４からの光信号を前記パイロット弁３６の前記組立体３８を作動させるための電圧に変換する。
【００１３】
上述の実施の形態にはいくつかの利点がある。作動スイッチが実際の弁から離れたところに位置する従来のシステムでは、スイッチと弁との間に電気伝導体が供給されなければならない。本質的に安全な弁は爆発防止配線を必要とするため、こうした電気伝導体の配線は時間的にも材料的にも高価となる。しかし、本発明では前記送信機１４と前記受信機２８とは電気伝導体で直接接続されずに電磁的に通信するだけで良いので電気伝導体の配線の必要がなくなる。こうして本発明は顕著な費用削減を提供する。
【００１４】
更に、圧電素子とパイロット弁とを使うことで電気スイッチの接続と解除によるアークの機会を除く。前記パイロット弁３６を付勢させるために必要な電気エネルギーの量は最小限で良く、本質的に安全な弁が提供される。更になお、前記受信機２８と前記組立体３８は最小限の量の電気エネルギーしか必要としないので弁システム１０を長期にわたって操作するための前記バッテリー３２の電池寿命はかなり長い。前記光信号は前記組立体３８を操作するのに十分な電圧を供給するので図２では前記バッテリー３２は除かれうる。
【００１５】
図３は本文から明らかになるように前記弁システム１０と前記弁システム５０とのあるスイッチング装置の代わりとなる弁スイッチングシステム７０の概要ブロック図である。特に同弁スイッチングシステム７０は前記システム１０の前記送信機１４と前記受信機２８と、前記システム５０の前記光スイッチ５４と前記光ファイバー検知機５８との代わりとなる。前記パイロット弁３６と前記主弁４４と前記作動要素１６と前記流体弁１８は上記のように作動する。前記システム７０は前記組立体３８内で前記圧電素子を制御する制御盤７２を包含する。
【００１６】
前記弁１８は、前記弁１８の定位次第で、光源７４からの光信号によって開閉される。該光源７４は、本文記載の目的に合致する、どんな選択的に印加できる光源でも良い。該光源７４により発せられる前記光信号はファイバー束７８内に配置された光ファイバー７６を伝わる。前記光源７４の反対の前記ファイバー７６の端部から送られる光は電池庫８２内に配置された複数の太陽電池８０によって受け止められる。前記太陽電池８０は同光エネルギーを電気信号に変換し、該電気信号は電線８４に送られる。電線８４上の前記電気信号は個々の使用に適した信号レベルに増幅されるためにＤＣ−ＤＣ変換器回路８６によって増幅される。本実施例では前記ＤＣ−ＤＣ変換器回路８６は前記信号を７．５ボルトに増幅する。該変換器回路８６は、本文記載の目的に適するどんな増幅回路でも使用できるということで、制限の無い例として示されている。電線８４上の前記増幅された電気信号はそれから、既に述べた通り前記パイロット弁３６を切りかえるための前記圧電素子を印加する制御盤７２に送られる。前記太陽電池８０と前記変換器回路８６と前記制御盤７２とは前記組立体３８に内蔵されてもよい。
【００１７】
図４は上に述べた前記スイッチング組立体７０の変化であるスイッチング組立体９２の概要ブロック図である。該スイッチング組立体９２は前記組立体３８内の前記圧電素子を制御するために制御盤９４を印加する。本実施例では前記圧電素子を制御するために１．２ボルトの信号が使われている。前記システム９２は、単一の光源が多くの低電圧弁組立体を印加し、別個の低電力光信号が各別個の弁を独立して制御するように使用される。
【００１８】
本実施例では光源９６は複数の光ファイバー９８と１００とに光信号を供給し、前記光ファイバー９８は前記制御盤９４を印加し、前記ファイバーケーブル１００は別のスイッチング組立体(図示せず)を印加する。前記光源９６は、本文に合致する、複数のスイッチング組立体に光信号を供給することができるどんな光源でも良い。本実施例では前記光源９６は２つの別個の弁スイッチング組立体を制御するが、より多くのスイッチング組立体を制御するためにより多くの光ファイバーが前記光源９６に接続され得ることは同業者にご理解頂けるであろう。いつ光源が必要になっても良いように、前記複数の弁スイッチング組立体に絶えず光源が供給可能なように前記光源９６は保守される。
【００１９】
前記光源９６の反対側の前記ケーブル９８の端部から送られる前記ファイバーケーブル９８上の光信号は電池庫１０６内に配置された複数の太陽電池１０４によって取りこまれる。前記太陽電池１０４は、前記光エネルギーを電線１０８上で利用できる電気エネルギーに変換する。前記電線１０８上のフォトダイオード１１０は光信号を受けると作動する。前記弁１８が付勢されるべき時に、LEDのようなファイバー送信機１１２が印加されて光信号が光ファイバーケーブル１１４上に発せられる。前記フォトダイオード１１０は前記送信機１１２の反対側の前記ケーブル１１４からの前記光を取りこみ、前記太陽電池１０４によって作られる前記電気信号が前記制御盤９４を印加させる。
【００２０】
図５は上に述べた前記弁１８を付勢されるための別の弁スイッチング組立体１２０の概要ブロック図である。該弁スイッチング組立体１２０は前記組立体３８内の前記圧電素子を印加するための１．２ボルトで作動する制御盤１２２を包含する。前記弁スイッチング組立体１２０は、手動スイッチ１２６と、例えば９ボルトのＤＣ電源のような直流電源１２８と、LEDのようなファイバー送信機１３０とを備えた光送信機回路１２４を包含する。前記スイッチ１２６が閉じている時は前記電源１２８は、前記送信機１３０が光を光ファイバーケーブル１３２に送信するようにする。
【００２１】
前記弁スイッチング組立体１２０は更に、例えば１．５ボルトのＤＣ電源のような直流電源１３８と、フォトダイオード１４０とを備えたスイッチ組立体１３６を包含する。前記送信機１３０の反対側の前記光ケーブル１３２の端部からの光を取り込むと前記フォトダイオード１４０は前記制御盤１２２を印加するための前記電源１３８からの前記直流電源を生じさせるように作動する。上記のように、前記制御盤１２２は前記パイロット弁３６を制御する前記組立体３８内で前記圧電素子を印加する。前記スイッチ組立体１３６と前記制御盤１２２とは前記組立体３８に内蔵されてもよい。
【００２４】
本発明は現在の好ましい形式で記載されているが、本発明には多数の適用と実施があることをご理解頂きたい。従って、付属の請求項に記載されている本発明の真意から逸脱することなしに修正や変更されうる。
【図面の簡単な説明】
本図面は仕様の主部を成し、仕様と関連して読まれたく、同じ参照番号が様々な図の同じ部品を示すために用いられている。
【図１】  本発明に係わる光信号で作動する本質的に安全な弁の１つの実施の形態を示す概要ブロック図である。
【図２】  本発明に係わる光信号で作動する本質的に安全な弁の別の実施の形態を示す概要ブロック図である。
【図３】  本発明に係わる光スイッチ装置を用いた弁組立体用のスイッチングシステムの別の実施の形態を示す概要ブロック図である。
【図４】  本発明に係わる光スイッチ装置を用いた弁組立体用のスイッチングシステムの別の実施の形態を示す概要ブロック図である。
【図５】  本発明に係わる光スイッチ装置を用いた弁組立体用のスイッチングシステムの別の実施の形態を示す概要ブロック図である。
【符号の説明】
１０…弁システム
１２…弁（付勢）組立体
１４…送信機
１６…作動要素
１８…流体弁
２０…第一側
２２…第二側
２４…信号
２６…アンテナ
２８…受信機
３０…アンテナ／検知機
３２…バッテリー
３４…無接点スイッチ
３６…パイロット弁
３８…圧電スイッチ組立体
４０…弁本体
４２…パイロット線
４４…主（スプールまたはポペット）弁
５０…弁システム
５２…光作動システム
５４…光ファイバースイッチ
５６…光ファイバーケーブル
５８…光ファイバー検知器
７０…弁スイッチングシステム
７２…制御盤
７４…光源
７６…光ファイバー
７８…ファイバー束
８０…太陽電池
８２…電池庫
８４…電線
８６…ＤＣ−ＤＣ変換器回路
９２…スイッチング組立体（システム）
９４…制御盤
９６…光源
９８…光ファイバー
１００…ファイバーケーブル
１０４…太陽電池
１０６…電池庫
１０８…電線
１１０…フォトダイオード
１１２…ファイバー送信機
１１４…光ファイバーケーブル
１２０…弁スイッチング組立体
１２２…制御盤
１２４…光送信機回路
１２６…手動スイッチ
１２８…直流電源
１３０…ファイバー送信機
１３２…光ファイバーケーブル
１３６…スイッチ組立体
１３８…直流電源
１４０…フォトダイオード
【図１】
0004798922.tif 000002
【図２】
0004798922.tif 000003
【図３】
0004798922.tif 000004
【図４】
0004798922.tif 000005
【図５】
0004798922.tif 000006