(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁体と、該弁体を開方向又は閉方向に電動機によって駆動する弁体駆動手段と、流体圧力の調圧範囲の上限を規定する上限リミットスイッチと、流体圧力の調圧範囲の下限を規定する下限リミットスイッチと、該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチの状態に応じて該弁体駆動手段による該弁体の駆動を制御して該弁体の開度を調整する弁体開度調整手段とを備え、該弁体の二次側の流体圧力を該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチによって規定される調圧範囲内に調圧する電動調圧弁の調圧制御方法であって、該弁体の開閉駆動の一定時間内における一定回数以上繰り返しを検出する開閉駆動検出行程と、該開閉駆動検出行程によって該弁体の開閉駆動の繰り返しを検出してから、該弁体の駆動を一旦停止する駆動停止行程と、該駆動停止行程によって該弁体の駆動を一旦停止してから、該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチの状態に応じて、該弁体を開方向又は閉方向に微少時間づつ駆動して該弁体の開度を微調整し、該弁体の二次側の流体圧力を該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチによって規定される調圧範囲内に調圧する微調整行程と、からなることを特徴とする電動調圧弁の調圧制御方法。
【請求項２】
該電動調圧弁を消火設備に備えるものとし、その弁構造をフルボアのボール弁によって構成することを特徴とする請求項１に記載の電動調圧弁の調圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機によって弁体を駆動し、弁体の開度を調整して、弁体の二次側の流体圧力を所望の圧力に調圧制御する電動調圧弁の制御方法及び電動調圧弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、弁体と、該弁体を開方向又は閉方向に電動機によって駆動する弁体駆動手段と、流体圧力の調圧範囲の上限を規定する上限リミットスイッチと、流体圧力の調圧範囲の下限を規定する下限リミットスイッチと、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチの状態に応じて弁体駆動手段による弁体の駆動を制御して弁体の開度を調整する弁体開度調整手段とを備え、例えば上限リミットスイッチと下限リミットスイッチの両スイッチがオフの時に弁体開度制御手段は弁体を弁体駆動手段によって開方向に駆動させ、また、上限リミットスイッチと下限リミットスイッチがオンの時に弁体開度制御手段は弁体を弁体駆動手段によって閉方向に駆動させ、さらに、上限リミットスイッチがオフで下限リミットスイッチがオンの時に弁体開度制御手段は弁体駆動手段による弁体の駆動を停止させるようにして、弁体の二次側の流体圧力を上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチによって規定される調圧範囲内に調圧する電動調圧弁の調圧制御方法が知られている。
【０００３】
前記調圧制御方法においては、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチの両スイッチに、オンとオフの間で作動流体圧力の違い、即ちヒステリシスが存在する。
【０００４】
具体的に述べれば、図７に示す様に、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチによって規定される二次側の流体圧力の調圧範囲が、5±0.5(kgf/cm2)である場合に、上限リミットスイッチがオフからオンに切り替わるのは、5.5kgf/cm2の時であるが、逆にオンからオフに切り替わるのは、5.4kgf/cm2の時であり、下限リミットスイッチがオンからオフに切り替わるは、4.5kgf/cm2の時であるが、逆に、オフからオンに切り替わるのは、4.6kgf/cm2の時であったとする。即ち、この場合上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチには、オンとオフの間に0.1kgf/cm2のヒステリシスが存在していることとなる。
【０００５】
従って、流体圧力が4.5kgf/cm2よりも低い圧力から上昇するときには、4.6kgf/cm2になると弁体の開方向への駆動が停止し、流体圧力が5.5kgf/cm2よりも高い圧力から下降するときには、5.4kgf/cm2になると弁体の閉方向への駆動が停止することとなるので、調圧後の二次側の流体圧力は、4.6kgf/cm2より少し高い圧力（領域Ｂ１）又は5.4kgf/cm2より少し低い圧力（領域Ａ１）ということとなる。
【０００６】
従来の電動調圧弁の調圧制御方法におけるリミットスイッチは、そのヒステリシスが、例えば上記従来例の、5±0.5(kgf/cm2)の調圧範囲に対してヒステリシスが0.1kgf/cm2の様に小さいものが用いられていた。
【０００７】
このため、従来の電動調圧弁の調圧制御方法においては、調圧後の二次側の流体圧力は、調圧範囲の上限側と下限側のいずれかに偏りがちで、理想的な圧力であるところの、調圧範囲の中立位置の圧力、即ち基準圧力（図７の例では5.0(kgf/cm2)）に近づけて調圧するのが難かった。
【０００８】
また、従来の電動調圧弁の調圧制御方法においては、弁体の開度の変化に対する開口面積の変化の割合、即ち所謂ＣＶ値が大きい場合には、わずかの弁体の開度の変化で開口面積が大きく変化して、二次側の流体の圧力・流量は大きく変化してしまうことがある。例えば、電動調圧弁がボール弁である場合に、一次圧と調圧後の二次圧との差圧が大きく、弁開度が比較的小さい範囲で調圧されるときには、ＣＶ値は大きくなるので、図８ａ〜ｃに示す様に、ボール弁２１３のわずかの弁の開度差（開度ａ１からｂ１）でも二次側の流体の圧力・流量は大きく変化（ｃ参照）することとなる。このため、調圧制御の過程で、下限リミットスイッチがオンして弁体の開方向への駆動を停止しても、弁体が開方向へ所謂オーバーランすることで、流体圧力が上限リミットスイッチがオンするまで上昇してしまい、逆に弁体は開方向に駆動され、上限リミットスイッチがオフして弁体の閉方向への駆動を停止しても、そこでまた弁体が閉方向へ所謂オーバーランすることによって、流体圧力が下限リミットスイッチがオフするまで下降してしまうこととなり、このような弁体の開閉駆動が延々と繰り返される現象、即ち所謂チャタリング現象が発生してしまい、流体圧力を調圧範囲内の圧力に安定させるのが困難になる場合がある。
【０００９】
なお、従来の電動調圧弁の調圧制御方法における前記チャタリング現象は、ＣＶ値が大きいことによる場合の他、例えば、二次側の配管内の空気だまりによって流体圧力が周期的に変動する場合に、その振動数と弁体の開閉の振動数とが一致することによっても発生する可能性がある。
【００１０】
さらに、従来の電動調圧弁の調圧制御方法について述べれば、同方法においては、流体圧力が不安定な場合や、上限リミットスイッチや下限リミットスイッチのヒステリシスが小さい場合などに、リミットスイッチの個々においてオンとオフを繰り返す現象、即ちスイッチの個々におけるチャタリング現象が発生する可能性もある。
【００１１】
また、従来の電動調圧弁においては、それに用いられる弁がボール弁である場合には、低流量から大流量まで安定して調圧制御ができるように、例えば図９に示す通り、ボール弁３１３のボア３３２の形状は複雑なものとなっていた（例えばプラント用のもの等）。このため、従来の電動調圧弁は、ボール弁によって生じる圧力損失が大きく、また製造コストも高いものとなっていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記事情に鑑み、チャタリング現象によって流体圧力を調圧範囲内に安定させるのが困難になることをなくすることができる電動調圧弁の調圧制御方法を提供することである。
【００１３】
また、この発明は、上記事情に鑑み、圧力損失が小さく、また製造コストの安いボール弁による電動調圧弁の調圧制御方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するこの発明について述べれば、以下の通りである。
【００１５】
請求項１に係る発明は、弁体と、該弁体を開方向又は閉方向に駆動する弁体駆動手段と、流体圧力の調圧範囲の上限を規定する上限リミットスイッチと、流体圧力の調圧範囲の下限を規定する下限リミットスイッチと、該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチの状態に応じて該弁体駆動手段による該弁体の駆動を制御して該弁体の開度を調整する弁体開度調整手段とを備え、該弁体の二次側の流体圧力を該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチによって規定される調圧範囲内に調圧する電動調圧弁の調圧制御方法であって、該弁体の開閉駆動の一定時間内における一定回数以上繰り返しを検出する開閉駆動検出行程と、該開閉駆動検出行程によって該弁体の開閉駆動の繰り返しを検出してから、該弁体の駆動を一旦停止する駆動停止行程と、該駆動停止行程によって該弁体の駆動を一旦停止してから、該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチの状態に応じて、該弁体を開方向又は閉方向に微少時間づつ駆動して該弁体の開度を微調整し、該弁体の二次側の流体圧力を該上限リミットスイッチ及び該下限リミットスイッチによって規定される調圧範囲内に調圧する微調整行程と、からなることを特徴とする電動調圧弁の調圧制御方法、である。
【００１６】
請求項１に係る発明によれば、弁体の開閉駆動の一定時間内における一定回数以上の繰り返しを検出する開閉駆動検出行程において検出すると、そこで駆動停止行程において弁体の駆動を一旦停止し、微調整行程において、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチの状態を判断しつつ、その状態に応じて、即ち、流体圧力が調圧範囲内になければ弁体を開方向又は閉方向に微少時間づつ駆動して弁体を微動させて弁体の開度を微調整し、流体圧力が調圧範囲内にあれば調圧制御を完了するようにすることで、調圧制御の過程において、弁体が開閉駆動を繰り返す所謂チャタリング現象が発生したとしても、流体圧力を調圧範囲内に安定させることができる。
【００１７】
請求項２に係る発明は、電動調圧弁を消火設備に備えるものとし、その弁構造をフルボアのボール弁によって構成することを特徴とする請求項１に記載の電動調圧弁の調圧制御方法、である。
【００１８】
請求項２に係る発明によれば、消火設備においては弁の二次側の流量が固定されるため、管内流速が例えば２乃至５m/sとなるサイズのフルボアのボール弁によっても、安定した調圧制御ができるので、消火設備における電動調圧弁をフルボアのボール弁によって構成することにより、電動調圧弁において、従来の電動調圧弁におけるボール弁の様にボアの部分を複雑な形状に加工する必要がないので、圧力損失の小さい、そして製造コストの安価な電動調圧弁を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明の実施の形態を添付図面によって説明する。図１は、例えばゴミ処理場などに設置される消火設備における放水銃消火装置の概略図であり、この出願の発明のフルボアのボール弁による電動調圧弁を備えており、その電動調圧弁はこの出願の発明の電動調圧弁の調圧制御方法によって調圧制御されるものである。
【００２０】
この出願の発明の電動調圧弁の調圧制御方法等を具体的に説明する前に、図１の放水銃消火装置の構成を簡単に説明する。図１において、１０は放水銃であり、筐体１００に外部パイプ１１を介して接続されており、筐体１００内には、外部パイプ１１と接続される内部パイプ１２、二次側の消火水の圧力を調圧するフルボアボール弁による電動調圧弁１３、電動調圧弁１３のボール弁を駆動する電動機を備えた弁体駆動手段の一例としてのアクチュエータ１４、アクチュエータ１４による弁体の駆動を制御する弁体開度調整手段の一例としての制御ボックス１５、上限リミットスイッチと下限リミットスイッチとを備えた圧力スイッチ１６等を備えている。
【００２１】
電動調圧弁１３は、圧力スイッチ１６の状態に応じて制御ボックス１５によってアクチュエータ１４によるボール弁の駆動が制御されることで、その二次側の消火水の消火水の圧力を調圧するようになっている。
【００２２】
図２は、図１の電動調圧弁１３の調圧制御方法の手順を示すフローチャートであり、電動調圧弁の調圧制御方法の手順を示すものである。なお、チャート中、上限LS及び下限LSは圧力スイッチ１６における上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチをそれぞれ示し、弁体はボール弁による電動調圧弁１３のそれを示している。
【００２３】
設備起動後、フローチャートに示す通りの処理を行うようになっているが、簡単に説明すれば、上限LSと下限LSの両スイッチがオフの時（H01-上限LS/OFF,下限LS/OFF）に弁体を開方向に駆動させ（S01）、また上限LSと下限LSがオンの時（H01-上限LS/ON,下限LS/ON）に弁体を閉方向に駆動させ（S02）、さらに上限LSがオフで下限LSがオンの時（H01-上限LS/OFF,下限LS/ON）に弁体の駆動を停止させる（S03,調圧完了）ようになっている。
【００２４】
調圧完了後、放水停止の判断を行った後、放水停止であれば、弁体を全閉し、設備は動作を終了し待機の状態となるようになっている。
【００２５】
図３及び図４は、電動調圧弁１３における調圧範囲を5±0.5(kgf/cm2)とした場合の、圧力スイッチ１６における上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチのオン・オフの切り換えの際の作動圧力等を示す説明図である。同図において、下限リミットスイッチは4.5kgf/cm2の圧力でオフするものであり、圧力が4.5kgf/cm2以下であるときには、弁体を開方向へ駆動するようになっており、上限リミットスイッチは5.5kgf/cm2の圧力でオンするものであり、圧力が5.5kgf/cm2以上であるときには、弁体を閉方向へ駆動するようになっている。そして、リミットスイッチを用いた電動調圧弁の特性上、リミットスイッチのオンとオフの切り換え時におけるそれぞれの作動圧力に違いがあり、即ちリミットスイッチのオンとオフの間でヒステリシスが存在するが、このヒステリシス特性を積極的に利用するものである。
【００２６】
図３及び図４に示す通り、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチにおけるオンとオフのヒステリシスの値、即ちオンの作動圧力とオフの作動圧力の値の差分値を、調圧後の消火水の圧力が調圧範囲における基準圧力に近いものとなる程度に大きいものとし、具体的には、調圧範囲の上限と下限の圧力の値の差分値である1kgf/cm2の1/4以上の値、図の例では0.3kgf/cm2としている。これにより、図の例においては、下限リミットスイッチは4.8kgf/cm2の圧力でオンし、圧力が4.8kgf/cm2以上であるときに、弁体の開方向への駆動を停止することとなり、上限リミットスイッチは5.2kgf/cm2の圧力でオフし、圧力が5.2kgf/cm2以下であるときに、弁体の閉方向への駆動を停止することとなる。
【００２７】
このようにすることで、消火水の圧力が4.5kgf/cm2よりも低い圧力から上昇するときには、4.8kgf/cm2になると弁体の開方向への駆動が停止し、消火水の圧力が5.5kgf/cm2よりも高い圧力から下降するときには、5.2kgf/cm2になると弁体の閉方向への駆動が停止することとなるので、調圧後の二次側の流体圧力は、図３に領域Ａ及びＢで示す、4.8kgf/cm2より少し高い圧力又は5.2kgf/cm2より少し低い圧力の領域あたりの圧力ということとなる。即ち、5±0.5(kgf/cm2)の調圧範囲における理想的な圧力であるところの、基準圧力である5kgf/cm2に近づけて調圧することができるということとなる。
【００２８】
前記においては、電動調圧弁がボール弁であり、消火設備に備えられるものを例に説明したが、この発明は、ボール弁以外の電動調圧弁、消火設備に備えられるもの以外の電動調圧弁に適用が可能であることは勿論である。
【００２９】
［第１の発明］
図５は、図１の電動調圧弁１３の調圧制御方法の手順を示すフローチャートであり、この発明の第１の発明の電動調圧弁の調圧制御方法を示すものである。なお、この第１の発明における調圧制御方法の手順は、図２に示した調圧制御のフローチャートの手順にバイパス的に付加される手順である。
【００３０】
図５のフローチャートの手順を説明すれば、弁体の開閉駆動の一定時間内における一定回数以上（例えば、10秒以内に3回以上）の繰り返しを検出する開閉駆動検出行程において検出すると（H01-YES）、消火水の圧力はほぼ調圧範囲付近の圧力に調圧されていると判断し、そこで駆動停止行程において弁体の駆動を強制的に一旦停止して二次側圧力を一旦安定させ（S01）、微調整行程において、上限LS及び下限LSの状態を判断しつつ（H02）、その状態に応じて、即ち、流体圧力が調圧範囲内になければ弁体を開方向(H02-上限LS/OFF,下限LS/OFF)又は閉方向（H02-上限LS/ON,下限LS/ON）に微少時間づつ駆動して弁体を微動（S02,S03）させて弁体の開度を微調整し、圧力が調圧範囲内にあれば(H02-上限LS/OFF,下限LS/ON)調圧制御を完了するようにするようになっている。
【００３１】
このようにすることで、電動調圧弁１３の調圧制御の過程において、弁体が開閉駆動を繰り返す所謂チャタリング現象が発生したとしても、消火水の圧力を調圧範囲内に安定させることができる。
【００３２】
なお、この発明は、流体圧力が不安定な場合や、上限リミットスイッチや下限リミットスイッチのヒステリシスが小さい場合などに、リミットスイッチの個々においてオンとオフを繰り返す現象、即ちスイッチの個々におけるチャタリング現象が発生する場合にも、リミットスイッチの個々においてチャタリング現象が発生するのを検出することができるようにすることで応用が可能となる。
【００３３】
［第２の発明］
図６はこの発明の第２の発明における電動調圧弁１３を示す図である。同図に示すように、電動調圧弁１３はボール弁によって構成されており、その弁体１３１はボール状であり、消火水が流れるボア１３２は所謂フルボアの形状になっている。
【００３４】
消火設備においては弁の二次側の流量が固定されるため、管内流速が例えば２乃至５m/sとなるサイズのフルボアのボール弁によっても、安定した調圧制御ができるので、この発明のように、消火設備における電動調圧弁をフルボアのボール弁によって構成することにより、電動調圧弁において、従来の電動調圧弁におけるボール弁の様にボアの部分を複雑な形状に加工する必要がないので、圧力損失の小さい、そして製造コストの安価な電動調圧弁を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、電動調圧弁の調圧制御方法において、調圧制御の過程において、弁体が開閉駆動を繰り返す所謂チャタリング現象が発生したとしても、流体圧力を調圧範囲内に安定させることができる。
【００３６】
第２の発明によれば、電動調圧弁の調圧制御方法において、従来の電動調圧弁におけるボール弁の様にボアの部分を複雑な形状に加工する必要がないので、圧力損失の小さい、そして製造コストの安価な電動調圧弁の調圧制御方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電動調圧弁の調圧制御方法が使用される放水銃消火設備の装置構成を示した概略図である。
【図２】この発明の電動調圧弁の調圧制御方法における処理の手順を示したフローチャートである。
【図３】この発明の電動調圧弁の調圧制御方法における調圧範囲、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチのオンとオフの作動圧力等を例示する説明図である。
【図４】この発明の電動調圧弁の調圧制御方法における上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチのオンとオフの履歴（ヒステリシス）を示す説明図である。
【図５】この発明の電動調圧弁の調圧制御方法における処理の手順を示したフローチャートである。
【図６】この発明の電動調圧弁の弁部の構造を示す断面図であり、（ａ）図は上方からみた図で、（ｂ）図はＢ矢視図である。
【図７】従来例の電動調圧弁の調圧制御方法における調圧範囲、上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチのオンとオフの作動圧力等を示す説明図である。
【図８】従来例の電動調圧弁の調圧制御方法における、ボール弁による電動調圧弁の弁部における開度の変化を示す図で、（ａ）図及び（ｂ）図は上方からみた断面図で、（ｃ）図は（ａ）図から（ｂ）図への開度の変化の軌跡を示すＣ矢視図である。
【図９】従来例のボール弁による電動調圧弁を示す図、（ａ）図は上方からみた断面図で、（ｂ）図はＢ矢視図である。
【符号の説明】
１３    電動調圧弁
１４    アクチュエータ（弁体駆動手段）
１５    制御ボックス（弁体開度調整手段）
１６    圧力スイッチ（上限リミットスイッチ及び下限リミットスイッチ）
１３１  ボール弁
１３２  ボア部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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