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

Kv値

MFCのKv値(Cv値)を聞いても意味がありません

徒然日記なのですが、本人が思ったより扱いが難しくて、そのまま放置していました。

本音をぼやくと言いながら、いやいやなかなか難しいものだなぁと・・・

 

さて、流体制御システムを組まれる方ならバルブ関連の用語 Kv もしくは Cv という言葉を御存知かもしれません。

本ブログでも、MFC豆知識“【用語解説】Cv値とKv値” で解説しています。

 

ここの最後の文で、
“でも、マスフローコントローラ(MFC)の場合、これらの容積係数の分だけ必ず流量が取れるわけではないので、そこのところは要注意です。”  
と書いたのですが・・・

この後も結構、聞かれることが多いのです。

それも、流体制御の初心者ではないような方々から・・・

 

これは書こうかなと思ったので、ここで簡単にお話ししておきます。

 

MFCKv値(Cv値)を聞いても、意味はありません!」

 

全く意味はない事はないのですが、それはMFCを全開にしてパージするときくらいで、それすらソレノイドアクチュエーターのMFCなら、経時的にコイルから発熱が大きくなることで、アクチュエーターの推力がダウンするので、やはり正確な値とは言えなくなります。
ピエゾの場合は、熱へ変換される事がほとんどないのでいいのですが、そもそもリフト量が小さいアクチュエーターなのでバルブ全開モードでもそのKv値(Cv値)分で流せる流量はたかが知れています。

パージが必要ならば、かならずMFCをバイパスする配管を設置してください。

 

では、通常制御時になぜKv値(Cv値)の情報が役に立たないか?というと、先ほどの文章に答が書いてあるのですが、MFC通常流量制御時はKv値(Cv値)よりはるかに下の流量レンジで制御しているからです。

 

「では、この設定流量時のKv値(Cv値)なら出せるだろう!」


と、お聞きになる方もおられます。

出せない事はありませんが、やはりあまり意味はないかと・・・

MFCに搭載される流量制御バルブは、ある電圧信号VS開度での流量曲線を示す比例制御弁、電動モーターバルブとは異なった配管制御部品です。

異なるのは構造のことではなく、その役割の事です。

 

あくまで流量センサーからの流量信号(PV値)と設定信号(SV値)を比較し、それらが同値になるようバルブ制御信号(MV)を可変させるのがMFCなので、MFCの役割は流量を制御する事であり、そこに搭載されている流量制御バルブに求められるのは、ある値のバルブ制御信号を得たら器差なく同じKv値(Cv値)になるようにそれを制御する事ではないからなのです。

 190624_02

 

MFCMFCの中で調整計をもっており、自身でフィードバック制御をするものであること、
MFCPID制御を活かしたまま、外部からPID制御でSV値を与えて制御しようとする間違いをおかした際にも直面する理屈なのですが、MFCが何たるか?を、理解いただく上で一番重要なところです。

 

マスフロー徒然日記 by Deco EZ-Japan

真・MFC千夜一夜物語 第274話 マスフローでこのガスを使う時は注意しよう! その6

もう一つのMFC千夜一夜物語が掲載されている日本工業出版さんの「計測技術」誌 2019年3月号(2/25発売)では、マスフローコントローラ(MFC)の流量制御バルブのアクチュエーターとしてソレノイドを搭載したMFCの使用上の留意点を解説しています。

アルゴン(Ar)
アルゴンは不活性ガスの代名詞のようなガスですね?。
アルゴンのネーミング由来が、ギリシャ語でelgon「働く」という言葉に否定語のanを付け「働かない:=不活性な」という造語であることからもうかがえます。
実はニートなガスだったんですね、アルゴンは。
アルゴンはヘリウム、ネオン、クリプトン等と同じ希ガスですが、液体空気からの分留で容易に得られるため、比較的入手しやすいガスで、半導体製造工程ではスパッタ装置を始め各種工程で使用されていますし、分析装置では試料のキャリアガスとして、そしてアルゴン溶接では溶接中の酸化を抑える保護ガスとして各業界で幅広く活躍しているガスなのです。


baacf3f1.jpg

【出典:ブロンコスト・ジャパン(株)】

マスフローコントローラ(MFC)にとって、アルゴンは窒素と並んで制御しやすいガスなのですが、少々厄介なところがあることはあまり知られていません。
実はアルゴンとヘリウムのコンバージョンファクタ(CF)は近似していて、だいたい1.4近辺です。
では、この2種のガスを切り替えて一つのMFCで流量制御できるか?というと大間違いなのです。
それはバルブ側に原因があります。
流体としてのヘリウムとアルゴンは、バルブ部のオリフィスを通過しやすさで比較すると、必ずしも同じではないのです。
190318_01


ここで重要になるのは、密度です。
窒素の密度が1.25kg/m3に対して、ヘリウムは0.1785 kg/m3しかありません。
それに対してアルゴンの密度は1.784 kg/m3もあるのです。(いずれも0℃,1013hPa条件) 
バルブでよく使われる容量係数であるKv値の式に当てはめて、あるバルブオリフィスを選定した場合に、同じ圧力・温度条件でヘリウムとアルゴン、2つのガスを流した時に流れる流量比を計算すると、ヘリウムの方が3倍以上多く流れる結果が出てしまいます。
(MFCの場合、このKv値、もしくはCv値でバルブオリフィスの全開流量を算出しても、全開流量がそのまま流量制御フルスケール流量ではないのですが、目安にはなります。)
つまり同じバルブ設定ではこの2つのガスは流量差が大きすぎて、同じように制御できない可能性が高いということです。
ヘリウム用のMFCでアルゴンを制御した場合、低設定流量の制御は問題ないが、設定を高くしていくとどこかのポイントで流量制御が頭打ちして流れなくなってしまい、SV値(流量設定値)>PV値(流量出力値)という現象が発生してしまいます。
応急処置としては、アルゴンの供給圧力を上げることで、なんとか流すことができることもありますが・・・
やはりCFが似通っているからという理由だけで、他のガスを流すのは様々なリスクがあると考えて下さい。
アルゴンのような重いガスとヘリウムのような軽いガスは、そもそも流量制御バルブの選定が異なって当然という認識を持ってくださいね。

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

【用語解説】Cv値とKv値

日本ではバルブのサイジングでCv値という言葉が良く使われます。
それに対して、ブロンコストのようなEUのメーカーが用いるKv値というのもありまして、よくわからないよ!というご質問があったので、簡単に解説しましょう。

用語: Cv(しいぶいち)

定義:容量係数の一つで、特定のトラベルにおいて圧力差が1lbf/in2のときバルブを流れる60°Fの温度の流量を US gal/min で表す数値。

次式によって求める。

Cv
Q√G/Δp

Cv
Cv値[{US gal/min/1lbf/in21/2
Q
:流量(US gal/min
Δp
:差圧(1lbf/in2
G
:水の比重=1



用語:
 Kv(けいぶいち)


定義:容量係数の一つで、特定のトラベルにおいて圧力差が
1barのときバルブを流れる540の温度の水の流量を m3/h で表す数値。

次式によって求める。

Kv
Q√ρ/Δp

KvKv値(m2
Q
:流量(m3/h
Δp
:差圧(bar
ρ
:流体の密度(kg/m3


うーん、日本人にはKv値の方が計算しやすい、お馴染みの単位が並んでますね。


因みにKv値とCv値は単位系が異なりますが、以下の関係があります。

Cv/Kv=0.865

でも、マスフローコントローラ(MFC)の場合、これらの容積係数の分だけ必ず流量が取れるわけではないので、そこのところは要注意です。

MFC豆知識 by EZ-Japan 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。
QRコード
QRコード
Decoへのメッセージ

名前
メール
本文
記事検索
タグクラウド
タグ絞り込み検索
  • ライブドアブログ