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

MASS-STREAM

真・MFC千夜一夜物語 第276話 マスフローでこのガスを使う時は注意しよう! その8

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4月号(3/25発売)ではマスフローコントローラ(MFC)、マスフローメータに異物が混入した際のトラブルシュートを解説しています。


 Bronkhorst High-Tech B.V.(以下ブロンコスト)の MASS-STREAM D-6371は、圧力損失はわずか38.6kPa(d)で500L/min[N]のアンモニア流量制御ができる低圧損大流量MFCです。
なぜこのような低圧損で大流量制御が可能なのでしょうか?
それは流量センサー構造の差です。

 

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従来のマスフローの多くが図の上にあるような分流構造をとっています。

この方式では流れる流体の一部(数mL/min程度)を0.3~0.8mmφ程度のセンサー管側に流して熱移動を測定し、残りほとんどを分流素子(バイパス)に流しています。

その為、センサーと層流素子の分岐部分に抵抗=圧力損失を設けてやってセンサー管へ流体が常に流れる構造にしなくてはいけません。

また層流素子自体の抵抗もセンサー管と同径の細管の集合体であったり、エッチングで凸凹を付けた板を丸めたものであったり、焼結フィルターを使っているものもある為、流量が大きくなるにつれこの構造部のボリュームも大きくなり、圧力損失が大きくなるのはやむを得なかったのです。

ところがMASS-STREAMのセンサーは、スルーフロー構造という直接流体を測定するインサーションセンサータイプで、分流構造のない全量測定方式です。

整流の為のフィルターは入っていますが、比較すれば圧倒的に少ない抵抗で流体を流すことができます。

ガスに直接触れるヒーターと熱センサーはSUSU316のシースで保護されているのでアンモニアどころか塩化水素(もちろんドライガス状態のみ)の使用にも耐えるのです。

また、MFCの構成物で最も大きな圧損を産むバルブ部分に関しても、5000L/minクラスのKv値を持つMFC一体型バルブが準備されていますし、それ以上の大流量、低圧損要求にはKv値を最大6まで選べる別体型モーターバルブも用意できるのがこのマスフローの強みです。

モーターバルブはソレノイド式よりも応答性では、劣りますが、構造上圧力損失を非常に小さくできる利点があります。


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理論上ではこの組み合わせでKv値4.4のバルブを選んだ場合、F.S.1000L/min[N]レンジで比較しても、分流構造タイプのMFCの1/4程度の圧力損失で流体制御が可能なのです。
MASS-STREAMがEU圏、特に窒化炉メーカーの多いドイツでアンモニアの流量測定&制御用途で高く評価され採用されているのは、こういった他に無い特性を評価されてのことだそうです。

シール材に関しては、アンモニアに使用するマスフロー全てにいえることですが、一般的なエラストマー材であるバイトンは膨潤してしまうため使用不可です。
EPDMかNBRが推奨されます。
メタルシールが普及し、少し危なそうなガスはなんでもメタルシールにする傾向が最近顕著ですが、大流量メタルシールモデルは存在していませんし、そもそもメンテ性を考えればエラストマーシールで問題ないガスをわざわざメタルシールにする必要はないとDecoは考えます。

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

 

第56回燃焼シンポジウムに行ってきました

去る2018/11/14(水)~16(金) 一般社団法人日本燃焼学会主催の第56回燃焼シンポジウムが 大阪府堺/の堺市産業振興センターで開催されました。
場所は南海高野線の中百舌駅と 地下鉄御堂筋線のなかもづ駅からすぐ近くの便利な場所でした。

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早いもので昨年の富山の第55回からもう1年が経過したのですね。
今年も機器展示にはブロンコスト・ジャパン(株)が出展・参加されたので、中日の15日午後からEZ-Japanも応援参加させて頂きました。


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オランダの色であるオレンジの記事に マスフローコントローラ マスフローメータ と大きく書かれているフラッグ?がいいアクセントになっています。
このおかげで「一体ここは何を展示しているのだろう?」というところがクリアになって良いですね。

今回は液体気化ユニット「CEM(Controlled Evaporation and Mixing)システム」の中核をなす気化器”W-101A/W-102A/W-202A”が展示されていました。
CEMシステムは、常圧や真空プロセスに適用可能な革新的液体供給システム(Liquid Dosing System; LDS)です。
*CEMシステムに関して、詳しくは EZ-Japan HPの記事 で・・・

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本ブログではお馴染みの「MASS-STREAMシリーズ」のスケルトンモデルも展示。
*MASS-STREAMに関して 詳しくは EZ-Japan HPの記事 で・・・
 
CTA方式でシンプルなスルーフロー構造であることが一目瞭然です。
来場いただいた方から、「使用している間に生じる、つまりや汚れを目視で確認する為にも、このまま製品化して欲しいね!」という思いもよらないご意見も頂けました。
ある意味、長く使われてきたガラス管の浮子式流量計は、そういったメリットもある訳で、”マスフローはこういうもの”という固定観念が強いDecoには思いつかない事です。
「新鮮で大変面白いご意見を頂けたなぁ」と感謝しております。

懇意にして頂いている研究室の方や、毎年来場いただけている方など、今回で3回目の参加という事もあり、楽しい時間を過ごさせていただけました。

来年は・・・札幌!だそうです。
うーん、さすがにEZ-Japanとして伺えるかは微妙ですが・・・

また、宜しくお願いいたしいます。

【MFCニュース】 by Deco EZ-Japan

ブロンコスト 新製品と新技術発表!

ブロンコスト・ジャパン(株) セールスブログ と Bronkhorst High-Tech B.V. のブログから新製品と新技術の話題を2点ピックアップしてみましょう。

まずは ブロンコスト/マスフローのブログ から MASS-STREAMの新ラインナップがどうやら出てきそうな気配です。
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【出典:ブロンコスト・ジャパン(株)】

今まではD-6380 AIR換算 フルスケール 5,000ln/min まででしたが、新たにD-6390の写真が発表されています。
正式発表はまだですが、9,000ln/minまでフルスケールが大きくなりそうです。


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【出典:ブロンコスト・ジャパン(株) ブロンコスト/マスフローのブログより写真転載】

更にBronkhorst High-Tech B.V. =オランダ本社 のブログ ”NEW FLOW TECHNOLOGIES USING INTEGRATED SENSOR FUNCTIONALITY”では、これは面白そうなセンサーの記事が発表されていました。

MEMSでコリオリ式流量センサーを着くていますよというお知らせは、前回3/6の本ブログ記事で取り上げていますが、実はそれはほんの一部に過ぎなかったようです。
MEMSにするメリットは生産性を上げること、品質を安定させる事がよく話題になるのですが、流量センサーというニッチな世界ではワールドワイドでもその需要量が知れていて、そこが困りものでした。
今回の試みのように、むしろMEMSにすることによってハイブリッドセンサー=マルチセンサーにしていく多機能化への流れは、非常に意味のある事かと思われます。

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【出典:Bronkhorst High-Tech B.V. ”NEW FLOW TECHNOLOGIES USING INTEGRATED SENSOR FUNCTIONALITY” March 20, 2018 写真転載】

これからの動向を本ブログでもお知らせしていきたいと思います。

EZ-JAPAN MFCニュース BY DECO


真・MFC千夜一夜物語 第248話 バイパスはトラブルの元なの? その7

 もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌20183月号(2/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第43回は、マスフローコントローラ(MFC)に比べてマイナーな存在のマスフローメータ(MFM)のアプリケーションに関する解説記事です。

 

MFCMFMの最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化することという説明から、「じゃあ、どういうマスフローを選べばいいの?分流構造のないマスフローなんてあるの?」というお問い合わせに、現時点でDecoがお勧めしているのは、インサーションタイプの流量センサー、バイパスレスで全量流量測定をのMASS-STREAMシリーズです。
まずは下の動画を見て下さい。



【 
Bronkhorst High-Tech B.V. MASS-STREAM youtubeより 

 

MASS-STREAMシリーズは、前回説明した定温度型熱線式流速計を応用した"Through-flow Measurement"
スルーフロー構造の流量センサーを 搭載しています。
流量レンジを0.01-0.2 l/min[n]から10-5000 L/min[n] (Air換算、[n]=normal0℃、1013hPa校正)まで非常に広い範囲の流量レンジをラインナップしています。

MFM/MFCを選べるだけでなく、大流量&低圧力損失制御用にMFMと別個体の流量制御バルブとの組み合わせも選択可能です。

マスフロー本体には表示・設定機能を搭載したモデルをオプション選択でき、流量設定や流量モニター、積算、アラーム表示等の多彩な機能をマスフロー単独で表示・設定できます。

また、IP65防水防塵規格に対応しているので、大流量用マスフローの現場流量指示としも活用可能です。

大流量となれば配管径も大きくなり、自然と制御パネルとの距離も離れてしまうので、瞬時流量を確認するのにマスフローと制御盤の間を行き来する苦痛からも解放されますね。
メインボードには
Bronkhorst High-Tech B.V.の最新のデジタル制御技術を搭載することで、細やかな温度、直線性補正、高速流量制御が可能になっています。
流量出力、設定信号はアナログ0-5VDC0-10VDC4-20A0-20Aから選択、デジタルは標準のRS232に加えて、オプションとしてProfibus-DP, DeviceNet, Flow-Bus, ModBus-RTU 等の通信プロトコルにも対応しています。

 

MASS-STREAMシリーズのセンサー構造で興味深いのは、ヒーターと温度センサーがすべてSUS316のシースで覆われているところです。


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ボディはアルミ(AL 50ST/51ST)SUS316から用途に応じて選択可能で、その他の接ガス部もSUS316以外はテフロンとOリングのエラストマー材(バイトン、カルレッツ、EPDMからの選択式)なのです。

この構成なら腐食性ガスにも対応できます。

センサー部の腐食を考慮しなくてよい為か、データシートにはNH3HClといったガス種への対応が可能で、インサーションタイプは圧縮空気用のみ、それもドライヤーで水分を除去するのが前提であった20年前とは違うのだということをDecoも認識しました。

 では、肝心の流量計としての性能はどうでしょう?

まずはメーカーから個体毎に流量校正証明書が添付されている。
「そんなの当たり前でしょ!」と言われそうだが、今の世の中は校正証明書や検査成績書も付かない流量センサーが当たり前のように販売されているのです。

校正証明書のリニア10ポイントの測定結果は、デジタル多点補正により、Decoの懸念したリニアリティの悪さは全く見られませんでした。

これこそがデジタル技術の最も大きな恩恵なのです。

そこで、少し意地の悪い実験を依頼することにした。

分流構造のマスフローが苦手とする大気からの吸引での若干負圧(70-90PaA))条件での流量データを取ってもらったのだ。

ここでも驚くべき結果が出ました。(下図)

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最大値20L/min[n]から5%刻みでデータを取った全てのデータが繰り返し性をもって±1.25R.D.以内に収束します。

データシートのリニアリティ込みの精度±2%F.S.はかなり遠慮して書かれているようですね。

 

 

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

 

真・MFC千夜一夜物語 第245話 バイパスはトラブルの元なの? その4

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌 2018年2月号(1/25発売)掲載「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」連載第42回は、熱式流量センサーを用いる際のキーワードとなる“コンバージョンファクター(CF)”に関する解説記事です。

さて、マスフローコントローラ(MFC)&マスフローメーター(MFM)の最大のトラブルは、センサーチューブとバイパス(層流素子)の分流比が何らかの原因で初期値より変化すること・・・というお話をしています。
異物が侵入することで、内径1mm以下のキャピラリ部分に詰まってしまうことが、流量異常を引き起こしてしまうのですが、ではどういった使用方法で気を付けないといけいないのでしょうか?

大きく2つありますので、見ていきましょう。
1つはコンプレッサーやブロワで大気を圧縮して流すラインでマスフロー(MFC&MFMの総称)を使う場合です。圧縮される空気は当然埃や水分を含んでいます。
コンプレッサーでは、フィルターやドライヤー等でこういったゴミや水分をトラップして、供給先に送らないよう工夫はされているのですが、完全には取り切れません。
特に昨今のPM2.5研究などで用いられる大気捕集装置では、大気を吸引する際に正確に吸引した流量を測定する為にMFMを使用される場合がありますが、大気圧からの吸引である関係上、MFMを含む配管系の圧力損失を極力小さくする必要があります。
ところがMFMの方から見ると、大気中のゴミや水分をできるだけ入れたくないので、吸引する空気に対してフィルターを入れたいところなのですが、フィルターは目が細かくなればなるほど圧損が大きくなってしまう問題が生じます。

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そこでよくご提案するのが、スルーフロータイプのインサーションタイプ熱式流量センサーを搭載したMFMです。
 
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インサーションタイプMFM MASS-STREAM 【出展ブロンコスト・ジャパン(株)】


このタイプのMFMは、層流素子による分流構造を採っていませんので、流路に狭細なキャピラリ上のパーツがなく、比較的異物の混入に強い傾向があります。
もちろん比較して強い傾向があるというだけで、異物が入っても全く大丈夫というわけではありません。
整流用のフィルターがMFMの入り口にはありますので、それが詰まっては抵抗が大きくなって流れが悪くなりますし、ヒーターや温度センサーは金属シースで保護されているとはいえ、そのシースに異物が堆積すれば熱伝導率も変化してしまします。

ですが、シンプルな全量測定構造というだけで、こういったバイパスや層流素子が原因で生じる経時的な流量異常問題をかなり軽減できるのは確かです。
また、分流構造のMFMより流路構造がシンプルなので、本体の圧損も比較すると小さく、前述のように配管の圧力損失にシビアな用途には、そもそも向いていると言えます。

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

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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