ゼロ電力単安定ラッチングバルブ: 新エネルギー市場の比較

新しいエネルギーシステムにおいて電力保持が重要な理由

5 W のソレノイドコイルを 1 年間開いたままにすると、約 43.8 kWh (5 W × 8,760 時間) を消費します。 0.05 W で状態を維持するバルブは、同じ期間で約 0.44 kWh を消費します。数値は例示的なものですが、ギャップは実際のものであり、システム内のバルブごとにそのギャップは増大します。

系統接続されたプラントでは、そのギャップが運用コストとなります。太陽光発電やバッテリーバックアップの機器では、これは設計上の制約に近くなります。バルブを開いた状態に維持するために消費されるワットごとに、他のすべてに利用できるエネルギーが減少するため、発電および蓄電ハードウェアはそれを運ぶのに適したサイズにする必要があります。

2番目に懸念されるのは熱です。継続的に通電されたコイルは、バルブ、その周囲のエンクロージャ、およびコンパクトなキャビネット内では近くのコンポーネントを温めます。バッテリーコンテナやパワーエレクトロニクスのハウジングでは、熱バジェットが厳しく、バルブコイルによって消費される 1 ワットごとに、冷却システムが除去する必要があるワットになります。

したがって、これらのシステムにおけるバルブの選択は、バルブが保持中にどれだけの電力を消費するか、バルブに必要な制御ハードウェアの量、および電力が失われたときに何を行うかという 3 つの変数によって決まります。この記事の残りの部分では、バルブのアーキテクチャをこれら 3 つの変数と比較します。

3 つのバルブアーキテクチャの比較

エンジニアは通常、確立された 2 つの設計から選択します。従来の単安定ソレノイドバルブは、コイルが通電されている間のみ作動し続け、電力が遮断されるとスプリングによってデフォルトの位置に戻ります。双安定パルスバルブは磁気ラッチを使用します。短いパルスによってスイッチが切り替わり、反対のパルスが到着するまで電力が供給されない状態で位置を保持します。

各設計は 1 つの問題を解決しますが、別の問題は解決されません。単安定バルブは配線が簡単ですが、保持電流が継続的に流れます。双安定バルブはゼロ電力でも保持しますが、パルスドライバーが必要で、供給が失われた場合でも最後の位置に留まります。のゼロ電力単安定ラッチングバルブは 2 つの中間に位置するように構築されています。単安定バルブのように配線および制御されていますが、非常に低い電力で状態を保持します。

3 つのソレノイドバルブアーキテクチャの比較。ゼロ電力単安定ラッチングバルブの値はメーカーが公表したものです。
特徴	従来の単安定	双安定パルス	ゼロ電力単安定ラッチングバルブ
制御信号	標準連続電圧	専用パルスコントローラー	標準連続電圧
供給タイプ	直流または交流	DCのみ	直流または交流
保持力	連続、多くの場合数ワット	バルブではゼロ。コントローラーの電源は別です	0.05W以下(DC)、0.06W以下(AC)
コイル加熱	重要な	ラッチ中はなし	コイル温度上昇なし
配線と試運転	シンプル	より複雑な	シンプル
停電時の動作	春はデフォルトに戻ります	最後の状態を保持します	初期状態に戻ります

ゼロ電力単安定ラッチングバルブの仕組み

バルブは開閉するために通電され、その後超低電力のラッチ状態になります。メーカーのデータによると、保持電力は DC モデルで 0.05 W 未満、AC モデルで 0.06 W 未満で、動作中のコイル温度上昇がなく、従来の単安定バルブと比較して 95% 以上の省電力率を実現します。

2 つの設計上の選択肢によって動作が説明されます。まず、複合ラッチアーキテクチャにより、高電力スイッチングステージと低電力保持ステージが分離されます。第二に、ドライバ回路は外部モジュールとして供給されるのではなく、バルブに統合されています。ドライバーはバルブの内部にあるため、制御システムは通常の 2 つの状態の負荷を認識します。つまり、電圧を印加するとバルブが作動し、電圧を除去するとバルブがリセットされます。

最後の点が、この設計を双安定パルスバルブと区別するものです。保持状態は少量の連続供給に依存するため、完全な電力遮断によりバルブは自動的に初期位置に戻ります。この取引は、予測可能な動作と引き換えに、小さなスタンディングドローです。

統合された電子機器は BMC カプセル化によって保護されています。電気接続には標準の DIN43650 インターフェイスが使用されるため、既存のプラグインコネクタを再利用でき、外部ドライバやパルスコントローラは必要ありません。

新しいエネルギー用途全体の適合性評価

以下の表は、ゼロ電力単安定ラッチングバルブが適合する場所と、まだ検証が必要な点を示しています。この評価は、バルブの記載された動作に基づいた技術的判断であり、特定の設置に対する認定された性能主張ではありません。

アプリケーションの適合性評価。指定する前に、データシートと照合して定格と認証を確認してください。
アプリケーション	なぜ権力保持が重要なのか	フィット	指定する前に確認してください
太陽光発電およびオフグリッド流体制御	発電量とストレージ容量が限られている	少量の連続供給が存在し、標準制御が使用される場合に適しています	供給能力と動作ピーク電流
エネルギー貯蔵熱管理ループ	熱バジェットが厳しい密閉キャビネット内の多数のバルブ	24 V 制御のゾーンおよびバイパスバルブの有力な候補	冷却剤の適合性、圧力定格、リセット位置と安全状態
水素および燃料電池の補助回路	電力損失時の予測可能な状態は安全属性です	非危険補助線でも可能	危険場所の認証と材料の適合性
ヒートポンプと太陽熱回路	バルブが長期間同じ位置に留まる	長時間保留サービスに最適	流体温度定格と媒体
EV充電装置の冷却ループ	密閉されたキャビネット内の熱	既存の配線を使用した改造に最適	クーラントの種類、使用環境、振動

ストレージの熱管理には特に注意が必要です。バッテリーキャビネット内の冷却剤ループは、予測どおりに動作するバルブに依存しており、電力が失われたときに所定の位置に戻るバルブは、明示的に指定する価値のある特性です。これは、どのタイプのバルブでも熱リスクを単独で解決できるという意味ではありません。これは、リセット動作が圧力定格や冷却剤の互換性と並んで仕様書に記載されていることを意味します。

同じロジックが改修にも当てはまります。このバルブは標準配線と DIN43650 コネクタを使用しているため、制御回路を変更することなく従来のソレノイドバルブを置き換えることができ、既存のプラントでの試運転の労力を低く抑えることができます。

別のバルブタイプを選択した方が良い場合

ゼロ電力単安定ラッチングバルブは、あらゆる場合において最も電力が低いオプションではありません。状態を維持するには少量の連続供給が必要なため、パルス駆動の双安定バルブでは消費できない電力が消費されます。 0.05 W では、1 日あたり約 1.2 Wh になります。 12 V、7 Ah のバッテリーは約 84 Wh を蓄えるので、保持するだけでその容量を約 70 日使用することになります。

作動の間に数週間スリープし、小さなバッテリーで動作するセンサーノードの場合、通常、低電力コントローラーと組み合わせた双安定パルスバルブの方が長持ちします。システムにすでにパルスドライバーがあり、自動リセットが必要ない場合にも同じことが当てはまります。

さらに 3 つの点に注意が必要です。

作動ピーク電流: バルブは保持中よりもスイッチング中に多くの電力を必要とするため、電源はデータシートに記載されているピークに合わせたサイズにする必要があります。
危険区域: 統合された電子機器では、バルブは爆発性雰囲気に適していません。特定のモデルに必要な認定を確認してください。
メーカー数値：保持力と節約率は記載値です。大規模な導入を開始する前に、動作電圧と周囲温度で測定してください。

エンジニアとバイヤーのための選択チェックリスト

次のチェックにより、適切なアプリケーションと不適切なアプリケーションが区別されます。通常、これらを順番に検討することで、3 つのアーキテクチャのどちらを選択するか決まります。

制御インターフェース: 既存のコントローラーは連続電圧を出力しますか、それともすでにパルスを生成していますか?
電源タイプ: システムは DC ですか? それとも AC ですか? バルブで利用可能な電圧は何ですか?
電力損失時の動作: 供給が失われた場合、バルブは規定の位置に戻らなければなりませんか?
デューティサイクル: バルブが 1 つの状態にどれくらいの時間留まり、どれくらいの頻度で切り替わるか?
電力バジェット: 電源は小さな連続負荷と作動ピークを耐えることができますか?
媒体と圧力: 本体の材質、シール、温度および圧力定格は流体と互換性がありますか?
認証: その場所には危険区域またはその他の承認が必要ですか?
環境: 周囲温度範囲と振動への暴露はどの程度ですか?

比較のまとめ

従来の単安定バルブは、電力と熱が問題にならない短時間の低コスト用途には依然として合理的です。双安定パルスバルブは、すでにパルス制御があり、自動リセットを必要としないバッテリーのみのシステムにとって最も強力な選択肢です。

ゼロパワー単安定ラッチングバルブはそれらの間のスペースを占めます。標準の連続電圧制御で動作し、バルブを長期間同じ位置に保持し、低熱と電力損失時の規定の復帰位置の両方を必要とする新しいエネルギーシステムに適しています。その制限は、保持中のスタンディングドロー、作動ピーク、および電動バルブに適用される認定に関する質問です。これらの制限を上記のチェックリストと照合することは、それが特定の設計に属するかどうかを判断する最も信頼できる方法です。