電動比例制御バルブ FCV-M/MCV-Mスペシャルサイト｜比例制御弁って？ - 東フロコーポレーション

こんにちは。FCV-M/MCV-M開発担当の島田です。
ここでは、比例制御弁に関する基礎知識を簡単にご説明させて頂きます。

入力信号（アナログ4-20mA等）に対して、比例したバルブ開度が得られるものを「比例制御弁」と呼びます。
右の図のように直線的に開度を操作しますので、使いやすいです。

【２方弁の場合】

色々な用途がありますが、半導体製造装置の場合について、ご説明致します。
まず、発熱する物の温度を一定するため、サーキュレータ（冷却循環装置）と呼ばれるシステムが準備されます。 このタイプは、中央にある｢熱交換器｣により、｢温調側｣と｢冷却側｣との液体が隔離されたもので、ふたつのラインは別々にポンプが準備され、流体が循環します。 下の図の場合、右側の｢温調側｣は、流体が｢発熱する物｣を通過する為、次第に流体の温度は上昇してしまいますが、左側のラインでは、チラーにより冷却された液体が循環しており、中央にある｢熱交換器｣により、｢温調側｣の液体は温度差により熱が奪われ、冷される事で｢発熱する物｣の温度上昇を抑える事ができます。

従来は、冷却側の流量を｢バルブ付きの流量計｣にて一定に保つ事で、｢発熱する物｣の温度を間接的に一定に保っておりましたが、実際にはポンプ圧の変動や、チラーの温度変動、発熱する物の熱量変動等により、全ての条件が一定にならず、実際に温度を一定に保つ事は非常に困難です。 そこで、最近では右図の様に、各条件の影響を受け難くする為、直接温度が一定になる様、｢温度センサ｣、｢温調器｣、｢比例制御弁｣を用いた温調システムが主流になりつつあります。

動作を詳しく説明しますと、温調側の温度が常に一定になる様、まず｢温度センサ｣で温度を測定し、｢温調器｣に信号を入れます。 その後、｢温調器｣にて設定温度と測定温度とを比較し、そこで得られた偏差(温度差)をPIDの演算を用いて｢比例制御弁｣の動作量（バルブの操作量）を決め、｢比例制御弁｣を動かします。 このループを常に続ける事で、もし仮にポンプ圧等の各条件が変動しても、温度は常に一定になろうとしますので、安定して温度を一定に保つ事が出来ます。(条件の変動を自動的に修復)

最低限必要となるのは、下記の６項目となります。
①　Cv値から、バルブのサイズ（大きさ）を決める。
②　接続口径を決める。
③　使用温度範囲から、温度タイプを選定する。
④　使用流体と使用温度範囲からＯリングを選定する。
⑤　圧力条件（正圧、負圧）を確認する。（負圧の場合は、別途ご相談下さい）
⑥ 入出力のタイプを決める（4-20mA/1-5V等）

Cv値とはバルブの容量を表す単位で、流量計で言えば圧力損失の様なものです。 もともとCv値（Valve Constant）は、非圧縮性流体の水がベースとなり、アメリカで採用された国際規格です。
バルブを全開状態にし、水の温度が60°Ｆ（15.5℃）で、バルブ前後の圧力差(差圧)を１PSI(0.0703kg/cm3)にした時、水が１分間に何ガロン(米ガロン＝3.7852L/min)流れるかを表したもので、１ガロン流れれば、Cv値は1となります。 圧力損失との違いは、流量に上限が無く、使う差圧により、流せる流量が自由に計算によって求められるのが特徴です。

バルブサイズ選定のポイントは、「差圧」、「流したい流量」を明確にすることです。これらが明確になれば、必要なＣｖ値が算出され、サイズ選定が完了します。バルブも面積式流量計と同様に、計算式がありますが、面倒な方は計算ソフトや、下記表を使い、算出すると便利です。例えば、0.2Mpaの差圧(圧力差)で、2L/min流せるものを探している場合、差圧(圧力差)0.2Mpaと、流量2Ｌの重なった部分が、右斜めに引かれた線のCv0.1と交わっていますので、Cv0.1以上のものを選定すれば良い訳です。逆に、Cv値から流せる流量を確認したい場合は、下の「表の使い方」を参考に算出してみて下さい。