EZ-Japan BLOG since 2017 真・MFC千夜一夜物語

EZ-Japanブログは、真・MFC千夜一夜物語という流体制御機器=マスフローコントローラ(MFC)の解説記事をメインに、闘病復帰体験、猫達との生活が主なコンテンツです

Bronkhorst

ブロンコスト大流量APC EL-PRESS

ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)APC(Automatic Pressure Controller)EL-PRESSシリーズは、国内メーカーの製品よりも大変ユニークです。

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図のようにMFC(Mass Flow Controller)とAPCはセンサーが流量センサーなのか?それとも圧力センサーなのかというところが大きな違いで、制御系、流量制御バルブは同じようなものだと再三ご説明してきたともいます。

el-press_p-602cv
出典:ブロンコスト・ジャパン(株)
でも、ブロンコストにはこんなMFCとは異なる形のAPCも存在しているのです。
p-502c+F004
出典:ブロンコスト・ジャパン(株)
このタイプはP-502C(圧力センサー+PIDコントローラー)と流量制御バルブを別々にしたものです。つまりAPCを二つに割った形ですね。
なぜこんな形なのでしょう?

それは大流量対応の為なのです。
圧力コントローラーは圧力制御なのになんで大流量対応が必要なの?という疑問には、そもそもこの種のAPCが圧力値を検知して、設定圧力値と一致させるために、流量制御バルブで流量を制御する事である空間にガスを流し込んだり、逆に抜いたりすることで、結果的に圧力を上下させる仕組みだという事を思い出してください。

容器の容積が大きくて、一体型のEL-PRESSのバルブのキャパシティーをオーバーしてしまう場合、こういったKv値の設定が大きい大流量用バルブと組合わせる事でどこまでも大きくできるのです。
上図のような配置も可能です。
P-502Cの出口側はプラグで封止してしまって使用します。

ブロンコストのEL-PRESSに関するお問い合わせはEZ-Japanまで。

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真・MFC千夜一夜物語 第417話 マスフローに関する誤解 その8

Decoが見聞してきた中で、マスフローメーター(MFM)マスフローコントローラー(MFC)の使用方法に関して、一般的に大きな誤解があるなぁと思ったものを取り上げてお話ししていきたいと思います。
MFCとAPC(Automatic Pressure Controller)の話が出たので、おまけで供給圧制御型APCと背圧制御型APCの変わり種ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)のP-800シリーズに関してお話しておきましょう。

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P-800のフローは上図のようなものになります。
ガスの入口にソレノイドの比例制御弁1があり、その下流に圧力センサーがあります。
この配置は供給圧制御型APCそのものですね?
しかし、大きく異なるのは圧力センサーの手前に分岐があり、そこから排気側へのパスが設けられている事です。
ここにもう一つ比例電磁弁2が設けられています。
このモデルの異形さの原因であるボディ横に2つ配置されているバルブはこの2つの比例制御弁で、これらは元々MFCやAPCで用いられる流量制御バルブと同じ構造のものです。
では、実際の圧力制御で、これらはどのような動きをするのでしょうか?
P-800を使用するに当たって、特別変わった操作は必要ありません。
ユーザーはP-800の下流に設置するチャンバー内の圧力に関して希望する設定値を入力して、後はP-800に任せておけばよいのです。

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まずガスを導入してチャンバーの圧力を上げていく際、P-800は上図左のような制御を行います。
比例電磁弁1を開度調整し、比例電磁弁2は閉止します。
そうするとP-800は供給圧制御型APCとして圧力センサーで感知した下流の圧力測定値(P.V.)と設定入力された目標値(S.V.)を比較して、比例制御弁1の開度を自動制御するのです。

次に何らかの理由でチャンバー圧を下げたい場合は、P-800は上図右のように圧力を下げる動作を行います。
まず比例制御弁1を閉じてガスの供給を絶ち、今度は排気側の比例制御弁2を開度調整し始めるのです。
このモードでのP-800は、今度は背圧制御型APCとして圧力センサーで感知した下流の圧力測定値(P.V.)と設定入力された目標値(S.V.)が一致するように比例制御弁2の開度を自動制御しています。
つまり圧力センサーは共通で、二つの比例制御弁で供給側と排気側の流量制御を必要に応じて使い分ける仕組みなのです。

Decoもこのアイデアには驚かされました。
なかなか柔軟かつ、面白い発想ですね。
この二つのソレノイドを使った比例制御バルブの制御は口で言うほど簡単ではない筈です。
圧力スイッチを置いておき、昇圧を行い、設定値に到達した段階で、三方弁で排気側へ流路を切り替えるギミックをDecoも考えたことはあったのですが、そんな簡単なものではありません。
バルブ切り替えだけではなく、二つの制御弁の特性やKv値に応じた制御アルゴリズムの設定はかなり高度なものになると思えます。

 【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】by Deco EZ-Japan



プロセス圧力コントローラー P-800シリーズ その2

APC(Automatic Pressure Controller)には背圧制御型と供給圧制御型が存在しています。
この2種を融合したのが、今回ご紹介するブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)EL-PRESS/IN-PRESSP-800シリーズです。
P800
出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

今回はこの面白いAPCを具体的に紹介していきます。
ブロンコストは供給圧制御型APC P-600、背圧制御型APC P-700で多くの実績を有しているメーカーです。
最大圧力400barまでと日本製APCとは比較にならない高圧領域で確実な動作を行える唯一の存在であり、各種工業プロセスで活躍しています。
流量制御だけではなく、圧力制御も社業の一つとしているブロンコストからの提案されたAPCの新しい形がこのP-800シリーズです。
一見すると、MFCタイプのボディにバルブと思わしきものが二つ付いている不思議な形状ですが、そのフロー図は下図になります。

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ガスの入口にソレノイドの比例制御弁1があり、その下流に圧力センサーがあります。
この配置は供給圧制御型APCそのものです。
だが、大きく異なるのは圧力センサーの手前に分岐があり、そこから排気側へのパスが設けられている事だです。
そしてここにもう一つ比例電磁弁2が設けられています。
このモデルの異形さの原因であるボディ横に2つ配置されているバルブはこの2つの比例制御弁です。
これらは元々MFCやAPCで用いられる流量制御バルブと同じ構造のものです。

 では、実際の圧力制御で、これらはどのような動きをするのでしょうか?
P-800を使用するに当たって、特別変わった操作は必要ありません。
ユーザーはP-800の下流に設置するチャンバー内の圧力に関して希望する設定値を入力して、P-800に任せておけばよいのです。
まずガスを導入してチャンバーの圧力を上げていく際、P-800は下図左のような制御を行います。

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比例電磁弁1を開度調整し、比例電磁弁2は閉止します。
そうするとP-800は供給圧制御型APCとして圧力センサーで感知した下流の圧力測定値(P.V.)と設定入力された目標値(S.V.)を比較して、比例制御弁1の開度を自動制御します。

次に何らかの理由でチャンバー圧を下げたい場合は、P-800は図の右のように圧力を下げる動作を行います。
まず比例制御弁1を閉じてガスの供給を絶ち、今度は排気側の比例制御弁2を開度調整し始めるのです。
このモードでのP-800は、今度は背圧制御型APCとして圧力センサーで感知した下流の圧力測定値(P.V.)と設定入力された目標値(S.V.)が一致するように比例制御弁2の開度を自動制御しています。
圧力センサーは共通で、二つの比例制御弁で供給側と排気側の流量制御を必要に応じて使い分ける仕組みなのですね。

Decoもこのアイデアには驚かされました。
なかなか柔軟かつ、面白い発想ですね。
この二つのソレノイドを使った比例制御バルブの制御は口で言うほど簡単ではない筈です。
バルブ切り替えだけではなく、二つの制御弁の特性やKv値に応じた制御アルゴリズムの設定はかなり高度なものになると思います。
ブリード弁やリリーフ弁を不要としたことでチャンバー周りの部品点数を削減できますし、モジュール化したことで省配線にも大きな効果があります。
また、高価なガスや危険なガスを大気に開放することなく回収することも可能になるという利点も備えています。
ちなみにP-800シリーズの制御圧力レンジの最大はP-822CV/CIの10~200barとなっています。

興味を持たれた方は、EZ-Japan Decoまでお問合せ下さい。
 
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プロセス圧力コントローラー P-800シリーズ その1

APC(Automatic Pressure Controller)には背圧制御型と供給圧制御型が存在しています。
ブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)にはEL-PRESS/IN-PRESSシリーズで、供給圧制御型APCの P-600シリーズ、背圧制御型の P-700シリーズがあり、今までも数多くの実績があります。

IN-PRESS
出典:ブロンコスト・ジャパン(株)
ただ、残念ながらAPCには一つの大きな弱点があります。
それはこのタイプのMFCの構造を流用したAPCが「流体の圧力を測定し、予め設定された圧力値になるように制御バルブで流量を制御し、その制御した流量を送り込む、もしくは引き出す事で、結果として圧力を制御する」という特性の製品だからです。
つまりこの種のAPCは圧力をダイレクトに変化させている訳ではなく、背圧制御型ならば吐き出す、そして供給圧制御型なら送り込む流量を可変する事で結果として対象となるチャンバー等の圧力を変動させているのです。

もし入口のみで出口がない容器、つまり袋小路のワークであった場合、APCから送り込まれた流量が過大であった場合、封入された圧力は設定圧力を超えて、二度と下げる事は出来なくなってしまいます。
その為、一般的にはポンプ等で積極的にチャンバーを排気するプロセスもあれば、若干与圧に保つべく機械的な絞りを設けた排気系を設けるようないわゆる出口を用意する事になります。
ここで供給圧制御型P-600と背圧制御型のP-700でチャンバーを挟んで対峙させる構造にしないのは、双方の圧力制御が干渉しないように双方の制御定数をセッティングしなくてはいけません。
 
こういったAPCの持つジレンマを解消し、供給圧制御と背圧制御を両立させて常にプロセスチャンバーを設定した圧力で安定させる新しいAPCが、ブロンコストが開発したプロセス圧力コントローラーP-800シリーズなのです。
 P800
出典:ブロンコスト・ジャパン(株)

なにやら今までのMFCやAPCとは異なる不思議な形をしていますね?
このプロセス圧力コントローラー P-800シリーズ
詳細は次回お話ししましょう。

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コリオリ式マスフローが大人気です

Decoがこのブログで推してきましたブロンコスト(Bronkhorst High-Tech B.V.)のコリオリ式マスフローが昨年あたりから人気に火がついてきました。

質量流量計には、熱式コリオリ式の2種類があります。
質量流量計は、体積流量計と異なり、測定結果が温度、圧力の影響を受けません。
下図にあるように熱式が流体の物性である比熱(気体の場合、定圧比熱)を流量式に持つが故にその影響を受けるのに対し、コリオリ式はその流量式に一切流体に起因する要素を含みません。
つまり、流体種を特定できていない状態や、複数の流体の混合流体で、混合比率のわからない流体、もしくは混合比率が刻々と変化する流体でも測定ができる画期的な流量計なのです。
その為、コリオリ式流量計は、熱式流量計や他の体積流量計の上位に位置するマスター流量計(ワーキングスタンダード)としても活用されています。
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製薬分野でのワクチン製造プロセスや、リチウムイオン電池前駆体製造、そして食品、飲料製造にまで、非常に幅広い分野でブロンコストのコリオリ式マスフローが導入されるようになりました。
その成功事例の一つに”ポンプ制御へのコリオリ式MFM導入” が挙げられます。

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mini CORI-FLOW & CORI-FLOW 各種ポンプとの組み合わせ例
出典:ブロンコスト・ジャパン(株) 

コリオリ式マスフローは、“質量流量”を測定できます。
つまり「流した結果を測る秤」ではなく「流しながら重さをはかれる秤」になるのです。
この特性を生かした液体分給システムとして“質量流量ポンプ”が脚光を浴びています。
液体は加圧搬送ができるのならば、比例制御弁との組み合わせでMFCとしての制御が可能ですが、圧送に使用するガスの液体への溶存が問題になる事があります。
この問題は、ポンプをブロンコストのコリオリMFMからダイレクトコントロールさせることで解決できるのです。
ブロンコストCORI-FLOW & mini CORI-FLOWシリーズのMFMは、全てPID制御モジュールを内蔵していますから、外付けでPIDコントローラーを用意して、面倒な設定をする必要はありません。
機器の構成は下図のようになっています。
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MFCでは流量センサーの信号を受け、外部からの設定信号と比較して、比例制御弁の開度をリアルタイムで調整しています。
このシステムはその比例制御弁の役割をポンプに置き換えたもので、開度調整の代わりにポンプの回転数をダイレクト制御しています。
これにより例えばポンプが経年劣化で能力が衰え始めても、必要な流量を維持すべく回転数を自動で上げてくれますし、寒暖差が激しい環境下でも、コリオリ式MFMで常に正確な質量流量を測定できますから、再現性の高いプロセスが実現されるのです。

コリオリ式MFMを用いた質量流量ポンプに興味を持たれたら、EZ-Japanへお問い合わせ下さい!

EZ-Japanここでもう一押し by Deco

EZ-Japan(イージージャパン)Deco こと 黒田です。 2014年6月開業です。流体制御機器マスフローコントローラーを中心に”流体制御関連の万(よろず)屋”として情報発信しています。 日本工業出版「計測技術」誌で”マスフロー千夜一夜物語”の連載中です。
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