プロセス技術において、圧力と流量は、電気技術における電圧と電流に類似した2つの関連量である。液体、気体、蒸気の圧力は、媒体が周囲に及ぼす力であり、一般的にこの圧力は媒体が流れるための原動力となります。例えば、市営水道の圧力によって、家の蛇口を開けると水が流れる。

ブロンコスト社は液体、ガス、蒸気流の計測と制御で有名ですが、 圧力制御も同社の柱の一つです。ブロンコスト圧力レギュレータを例に、この圧力制御の世界に飛び込んでみましょう。

ブロンコストEL-PRESS圧力レギュレータの例

圧力レギュレータはプロセス圧力が事前に定義された設定値 を超えないようにするために使用されます。この点で、ブロンコストEL-PRESSデジタル電子圧力コントローラは液体又はガスの圧力を制御することができます。EL-PRESSは圧力センサー、隣接バルブ及び制御ソフトウエアから構成される装置です。

圧力センサーは流れる媒体の実際の圧力を連続的に測定します。スマートPID制御ソフトウエアは、この実測値を所望の設定値と比較し、その後バルブを制御します。このバルブを(さらに)開閉することで、気体/液体の流れが速くなったり遅くなったりし、その結果、媒体の実際の圧力は設定圧力に到達し、この値に限りなく近づきます。これは連続的なプロセスです。

圧力センサーでは、液体や気体の流れが柔軟なステンレス製ダイヤフラムに圧力をかける。中間のオイル量がこの圧力をピエゾベースのチップ(「本物のセンサー」)の表面に伝え、チップは圧力を電気電圧信号に変換してさらに処理します。チップ表面の厚さによって、数ミリバールから数百バールまでの圧力範囲が決まります。

EL-PRESSのバルブは、極めて高速でスムーズな制御特性を持つ比例電磁制御バルブです。制御弁を除いた圧力コントローラーは「単なる」圧力計です。

圧力センサーの断面図

圧力センサーの断面図

正圧制御、背圧制御、差圧制御(ΔP)、概略図

正圧制御、背圧制御、差圧制御(ΔP)、概略図

圧力調整の種類

圧力調整コンポーネントの位置は、圧力調整の種類を大きく左右します。下流側の圧力を調整する前方圧力制御では、センサーはバルブの下流側に配置され、例えばバーナージェットに入るガス流の圧力を一定にします。上流側の圧力を調整する背圧制御では、センサーはバルブの上流側に配置され、例えば化学反応容器の圧力を制御された方法で逃がします。これらの構成では、圧力センサーは常に圧力を制御する必要のあるチャンバーまたは容器の最も近くにあります。

差圧制御では、2つの(ガス)ライン間の圧力差を調整する。圧力計は両方のラインの間に置かれ、制御バルブは2つのラインの一方にインラインで配置されます。これは、例えばメンブレン試験アプリケーションにおいて、メンブレン上の圧力差を一定にするために行われます。

プロセス圧力制御では、1つの圧力センサーとインレットとリリーフのデュアルバルブ圧力制御を組み合わせて、1つの流体接続を持つ密閉容器内の圧力を調整します。

ブロンコスト圧力調整装置

以下のブロンコストデバイスは圧力センサーを内蔵しており、圧力調整セットアップの一翼を担うことができます:

  • EL-PRESSガス・液体用デジタル圧力コントローラは2mbarから400barまでの圧力制御が可能です。EL-PRESSメタルシールドデバイスは半導体市場のような64barまでの高純度ガスアプリケーション用です。
  • 堅牢なN-PRESSガス・液体用デジタル電子圧力コントローラ/メータは2mbar~400barの範囲で作動し、工業環境での使用に適した堅牢な「工業スタイル」(IP65)のPCボードハウジングを装備しています。
  • コンパクトなガス用IQ+FLOWデジタル圧力コントローラー/メーター(「イエロー・ワン」)は、小さなフットプリント(0.75インチ)で0.01~10 barの範囲で測定が可能です。
  • 非常にコンパクトなチップベースのガス用FLEXI-FLOW Compactマスフローコントローラ/メータは、上流と下流の圧力を測定するために、入口と出口に1つずつ、合計2つの圧力センサを搭載しています。
  • EL-FLOW Prestige気体用マスフローコントローラ/メータは'Pressure Insensitive'オプション付きで、入口圧力の変動を補正するオンボード圧力センサを内蔵しています。
EL-FLOWマスフローメータとEL-PRESSフォワードプレッシャーコントローラのバーナーテストでの組合せ

EL-FLOWマスフローメータとEL-PRESSフォワードプレッシャーコントローラのバーナーテストでの組合せ

マスフローと圧力の複合制御(ブロンコーストのスペシャリティ)

流量や圧力などのプロセス条件を最適に制御するために、圧力計やコントローラは流量計やコントローラと組み合わされることがよくあります。この組み合わせにより、ユーザーは流量を制御して圧力を測定したり、圧力を制御して流量を測定したりすることができます。

例えば、これらの構成では、化学反応容器内の所望のプロセス圧力は一定に保たれ、一方、流入する必要な反応ガス流量は一定流量に保たれる。左の例では、これらの組み合わせがしばしば適用される。

圧力調整アプリケーション

圧力調整器の典型的な用途は、リークテストベンチ、化学反応用の高圧または真空テストベンチ、岩石や堆積物の浸透性試験、膜の浸透性/分離試験などです。具体的な用途としては

  • ブロンコストEL-PRESSデジタル背圧制御装置はCVDによる high-quality lab-grown diamonds製造においてプラズマチャンバー内の低圧の必要な一定値を確保するために適用されます。
  • lithium-ion battery manufacturing process、パウチ型電池セルを充填するために、 電解液供給容器の圧力はブロンコストEL-PRESS圧力コントローラーにより 一定値に保たれています。
  • 自動車用humidification of fuel cellsテストベンチでは、絶対圧と圧力差はブロンコストIN-PRESS計器により制御されています。
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