ガスシステムにおけるゼロ電力単安定ラッチングバルブ: 技術比較

ガスシステムではシャットダウン時の電力動作が他のどこよりも重要である理由

水や圧縮空気を制御するソレノイドバルブは、通常、電力が失われた場合でも、その位置を保持する余裕があります。可燃性ガスを制御する電磁弁ではそのような想定はできません。ガスおよび石油バーナー用途向けの EN 161 など、ガス遮断バルブ専用に作成された規格では、バルブの役割を、電源が失われた瞬間にガスの流れを自動的に遮断することと定義しています。これは、便利な機能としてではなく、バルブが実行するために存在する中核的な安全機能として定義されています。

これらの製品の多くは灌漑、給水、または空気圧制御に優れた選択肢であるにもかかわらず、この 1 つの要件により、ガス用途の「低電力」ソレノイド バルブ市場の大部分が密かに排除されます。遠隔圧力調整ステーション、無人計量ポイント、スタンバイバーナーシステムなど、ガスライン用のバルブを選択する人は誰でも、バルブが消費する電力がどれほど少ないかだけでなく、電力が完全に遮断された瞬間にバルブが何をするかを評価する必要があります。

低電力ガス遮断バルブを構築する 3 つの方法

市場にあるガスグレードの電気遮断バルブのほとんどは、3 つのアーキテクチャのいずれかに当てはまります。停電時のバルブの動作はマーケティング ラベルではなくアーキテクチャによって決まるため、違いを理解することはパンフレットを比較するよりも役立ちます。

従来の単安定ソレノイドバルブ スプリング式アーマチュアと継続的に通電されるコイルを使用します。力を加えるとスプリングが圧縮され、バルブが開きます (または閉じます)。力を取り除くと、スプリングはバルブを設計されたデフォルトの状態に戻します。これは、フェイルセーフ動作が制御ロジックではなく機構に組み込まれているため、ほとんどの EN 161 準拠のバーナー遮断バルブの背後にあるアーキテクチャです。トレードオフは、バルブを開いたままにしておく必要がある間、コイルに通電し続ける必要があることです。これは、デューティ サイクル全体にわたって継続的に電力が消費され、継続的に発熱することを意味します。

パルス式双安定（ラッチング）バルブ 電力の問題を解決するには、短い電流パルスを使用してバルブを特定の位置に移動し、永久磁石または機械的な戻り止めを利用してコイルが完全に消勢された状態でその位置を保持します。保持力は実質的にゼロに低下します。しかし、バルブには元に戻るためのデフォルト状態がありません。停電時も含めて、最後のパルスが出力された場所に留まるだけです。逆の状態に到達するには、駆動パルスの極性を反転する必要があります。これは、これらのバルブを標準のソレノイドバルブと同じように配線することができないことを意味します。パルス幅、極性タイミング、電圧しきい値を正しく設定するための試運転作業に加えて、外部パルス発生器またはドライバーボードが必要です。

複合ラッチアーキテクチャ — この製品が属するカテゴリ — 双安定設計のほぼゼロの保持力を借りながら、単安定バルブの配線と制御動作を維持しようとします。コイルに通電すると、従来のソレノイドバルブとまったく同じようにバルブが開閉します。この位置に到達すると、内蔵ドライバ回路がコイルを完全に通電したままにするのではなく、超低電力ラッチ状態に切り替えます。重要なのは、電力が完全に遮断された場合 (意図的にスイッチが切られたのではなく失われた場合)、バルブは初期状態に戻るように設計されており、双安定バルブの「最後の位置を保持する」動作ではなく、従来の単安定バルブのフェールセーフ動作を反映しています。

電力消費と発熱: 実際の数値が乖離する箇所

これらのアーキテクチャ間の効率の差はわずかではありません。標準的な連続通電ガスソレノ​​イドバルブは、オリフィスのサイズと圧力クラスに応じて、位置を保持するために通常 5 ～ 15 W の範囲の電力を消費し、その電力はバルブが開いている限りコイル内の熱として放散されます。バルブを数時間または数日にわたって開いたままにしておく必要がある用途 (たとえば、連続稼働バーナー ライン) では、熱負荷と消費電力は一定です。

複合設計の保持力は双安定バルブと同程度であり、DC モデルでは 0.05W 未満、AC モデルでは 0.06W 未満です。これは、同様のサイズの従来の単安定バルブと比較して 95% 以上の省電力率に相当します。ラッチ状態ではほとんど電流が流れないため、継続的に通電されたバルブのようにコイルの温度が上昇することはありません。これは、メンテナンスを行わずに何年も稼働する設備では、コイルの絶縁寿命にとって重要な信頼性要因となります。

コンプライアンスに関する質問: 実際に停電が発生するとどうなるか

これは、ガス使用に関して 3 つのアーキテクチャが互換性を持たなくなる点です。 EN 161 および同様のガス遮断規格は、特に可燃性ガスを制御するバルブが電源を失った瞬間に何の支援もなしに安全な閉じた状態に戻ることを保証するために存在します。従来の単安定バルブは、機械的なデフォルトでこれを満たします。パルス型双安定バルブは設計上、そうではありません。スプリング バイアスもデフォルト状態もありません。そのため、停電が発生した場合、開いているか閉じているかに関係なく、単にバルブがフリーズします。フェールセーフガスアプリケーションでは、その曖昧さこそが、規格が防止するために書かれた動作です。

これは、ごまかしするのではなく、はっきりと述べておく価値があります。双安定パルスバルブは、ガスに隣接するあらゆる用途に自動的に不適というわけではありません。安全遮断装置として分類されていない流量制御ポイントや計量ポイントは、最終位置の保持を許容する場合があります。しかし、バルブの機能が安全遮断として定義されているアプリケーションの場合、停電中も未知の最終状態を保持することは、小さな不便ではなく、実際の制限です。

ゼロ電力単安定ラッチング バルブは、通常動作中のほぼゼロの保持力と、フル電力遮断時の初期状態への規定された復帰という 2 つの動作を組み合わせることによって、このギャップを埋めるように構築されています。この 2 番目の特性により、双安定バルブの「最終位置保持」ロジックではなく、従来の単安定バルブが設計されているのと同じフェールセーフ ロジックに照らして評価できるようになります。この行動原則を満たすことは、特定の認証を取得することと同じではないことに注意してください。認証された安全アプリケーション用のバルブを指定する場合は、アーキテクチャのみから準拠していると仮定するのではなく、特定のバルブ本体とコイルアセンブリが保持している実際の承認を確認する必要があります。 2 つのラッチングの哲学が実際にどのように分岐するかを詳しく見るには、次のようにします。 単一安定パルスバルブと双安定パルスバルブの動作の比較 エンジニアが通常適用する決定基準を検討します。

配線と試運転: 仕様書には表れないコスト

製品資料では電力消費量が最も注目されますが、総設置コストの比較では、特に多くのバルブポイントを備えた分散型ガスインフラストラクチャでは、試運転コストがより大きな要因となることがよくあります。パルス型双安定バルブには、制御されたパルス タイミングで極性を反転できるドライバーが必要です。これは通常、専用のコントローラー ボード、ドライバー自身の電源用の追加配線、各サイトでパルス パラメーターを検証するための試運転時間を意味します。そのコントローラーを交換する必要がある場合、サイトのサービス担当者は特定のドライバーの構成を理解する必要があります。

対照的に、複合ラッチング バルブは、従来の単安定ソレノイド バルブが使用するのと同じ配線、つまり標準 DIN43650 コネクタ インターフェイスを受け入れるように設計されており、ループ内に別個のドライバー ボックスやパルス コントローラーはありません。統合されたドライバー回路と BMC カプセル化構造はバルブ自体のハウジング内に収まるため、標準ガスソレノ​​イドバルブの配線に慣れている設置者は、新しい試運転手順を学ぶ必要はありません。基本的な構造の詳細を知りたい読者は、その方法を確認できます。 BMC カプセル化は、密閉されたドライバー統合設計に貢献します これにより、プラグアンドプレイの配線が可能になります。

これは、施設が既存の単安定バルブの位置を改造する場合に最も重要です。制御キャビネットに触れたり、パネルを再配線したりせずにバルブを交換することは、新しいコントローラーを必要とするバルブの設置とはプロジェクトの範囲が大きく異なります。

各アーキテクチャが実際に適合する場所

これら 3 つのアーキテクチャはどれも普遍的な答えではありませんが、公正な比較によってそれが直接的に言えるはずです。

• 従来の単安定バルブは、連続電力が安価で利用可能で、サイクル数が少なく、電子ラッチ ロジックよりも純粋に機械的なフェールセーフのシンプルさが好まれる場合には、依然として合理的な選択肢です。
• パルスタイプの双安定バルブは、バルブの役割が認定された安全遮断ではなく、灌漑ネットワークや非安全流量制御が一般的な例であり、施設がすでにパルスドライバーハードウェアを保守する専門知識を持っている、真に無制限の電力またはバッテリーに制約のある電力を使用するアプリケーションに最適です。
• ゼロ電力単安定ラッチングバルブは、これら 2 つの間の特定のギャップをターゲットにしています。遠隔または無人ガス設備 - 圧力調整ステーション、スタンバイ計量ポイント、太陽光発電またはバッテリー駆動の監視スキッド - 電力損失時のフェイルセーフ閉鎖が必要であり、継続的な大電力の引き込みが非現実的で、既存の制御配線の交換が望ましくない場所です。

特定のプロジェクトに関する未解決の疑問は、デューティ サイクルと予想されるスイッチング周波数です。複合ラッチングバルブは、急速なサイクルではなく、低頻度で意図的なスイッチングを中心に構築されているため、1 時間あたり多くのスイッチング操作を必要とするアプリケーションでは、一般的なアーキテクチャの説明から推測するのではなく、選択する前にその要件を特定のモデルの定格サイクル寿命と照らし合わせてチェックする必要があります。内部ドライバーとカプセル化設計の完全な技術的詳細については、 このバルブの複合ラッチ構造に関する技術ホワイトペーパー ここで説明した数値の背後にあるエンジニアリングの詳細について説明します。モデル固有のサイクル寿命や圧力定格などの製品仕様は、 ラッチングソレノイドバルブ製品ライン ページ.