JP2004293695A - Flow control valve - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はソレノイドを利用した液体の流量制御弁に係り、特にソレノイドに与える電圧と流体の流量が直線的に比例するとともに、例えば毎分数百リットルもの流量を制御できるためにガスタービン等のような比較的大型の機関にも適用できる流量制御弁に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ボイラ等における温度調節を目的とした液体燃料の流量制御では、例えば作業員がボイラの温度を見ながらマニュアルでニードルバルブを操作するといった方法がとられていた。また、図6に示すように、パルス信号によって開閉制御できる複数のバルブVを燃料管の途中に並列に接続し、電気的な操作で各バルブVの開・閉を組合せることによって燃料の流量を調節する多段階切換弁方式も用いられていた。
【0003】
このような従来の方法によれば、一般に流量の調整範囲が狭く、流量の変化に伴って流体の圧力が変化してしまうという問題点があった。特に多段階切換弁方式は、電気的な切換操作ができることから、ボイラの温度に応じて燃料の流量を自動制御する構成とされていたが、各バルブVはオンオフ制御されるものであって、流量の調節は段階的なものとならざるを得ず、きめの細い制御をすることができなかった。また各バルブVの開閉部にトラブルが発生しやすいという問題もあった。
【0004】
そこで、本出願人は、上記問題点を解決するために、特許文献1及び特許文献2に示すような流量制御弁及び流量制御方法を提案した。
【0005】
【特許文献1】
特公平7−26702号公報
【特許文献2】
特公平7−26703号公報
【0006】
上記特許文献1及び特許文献2で本出願人が開示した流量制御弁はソレノイドを用いた流量制御弁であって、弁体を動かすソレノイドの作動力と、弁体に取り付けられた移動抵抗板による抵抗力を精妙に釣り合わせることにより、ソレノイドに与える電圧と弁の移動量を連続的かつ直線的に比例させて、広い調整範囲にわたって圧力をほぼ一定にして液体の流量を比例制御することができるものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この流量制御弁によれば、制御し得る流体の流量は、せいぜい毎分数リットルから十数リットル程度であり、これ以上の大流量を比例制御することはできなかった。すなわち、この流量制御弁は、上述した比較的少ない流量の流体について、ソレノイドと抵抗板の各付勢力を直接弁体に作用させることにより、弁の開度が比較的小さい範囲で電圧と比例するように調整したものである。このため、これを大型化した場合には、大重量の弁体の変位を相対的に広い範囲で制御しなければならず、これを大型のソレノイドと大型の移動抵抗板を用いて電圧と流量が比例するように調整して行なうことは極めて困難であった。
【0008】
しかしながら、流量制御の分野においては、前述した大流量の範囲においてもソレノイドを用いて連続的できめの細かい電圧と流量が比例した制御を行ないたいという強い要望があった。
【0009】
そこで、本発明の目的は、ソレノイドに与える電圧と弁体の移動量を連続的かつ直線的に比例させることにより液体の流量を比例制御できる流量制御弁において、毎分十数リットル以上、例えば数十リットルから数百リットル程度の大流量においても比例制御ができる流量制御弁を提供することにある。
【0010】
また、本発明の他の目的は、上記流量制御弁において、予め逃がし弁を調整しておくことにより、前記パイロット弁を経て供給される流体の流量と前記主弁による前記流路の開度とを比例させて、ソレノイドに与える電圧と主弁の移動量の連続的かつ直線的な比例関係を、制御しようとする流体の流量や圧力等に応じて確実に設定することにある。
【0011】
また、本発明の他の目的は、上記流量制御弁において、前記流路の前記入口側から導かれた流体の圧力を増幅して確実に主弁に伝達することにより、ソレノイドに与える電圧と弁体の移動量の連続的かつ直線的な比例関係を確実に設定することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された流量制御弁は、入口と出口を有する流体の流路と、前記流路の中途に設けられて前記流路を開閉する主弁と、前記流路を閉止する方向に前記主弁を付勢する付勢手段と、前記主弁に関して前記流路の前記入口側に連通して設けられた分岐路と、前記分岐路に設けられて前記分岐路を開閉するパイロット弁と、前記分岐路を開放する方向に移動する前記パイロット弁を反対方向に付勢する板ばねと、通電時には前記分岐路が開放される方向に前記パイロット弁を付勢するソレノイドと、前記主弁に取り付けられ、前記パイロット弁が前記分岐路を開放した際に前記分岐路から供給された前記流体が作用することにより移動して前記主弁を前記流路が開放される方向に移動させる主弁操作手段とを有している。
【0013】
係る構成によれば、ソレノイドに電圧を与えると、板ばねを変形させてパイロット弁が開く。流体は、流路の入口側から分岐路を通り、パイロット弁を経て主弁操作手段に圧力を加える。該主弁操作手段は、加えられた流体の圧力による力を主弁に伝え、主弁を付勢手段に抗して開方向に移動させるので、流体は主弁を通過して出口に流れる。
【0014】
また、請求項2に記載された流量制御弁は、請求項1記載の流量制御弁において、上部本体と下部本体が結合されてなる本体を有し、前記流路と、前記主弁と、前記付勢手段とは前記下部本体に設けられ、前記パイロット弁と、前記板ばねと、前記ソレノイドとは前記上部本体に設けられ、前記分岐路は前記上部本体と前記下部本体に設けられて連通しており、前記上部本体の前記分岐路は前記上部本体の下面に開口して設けられた第1の液室に連通しており、前記下部本体の前記主弁に関する前記流路の前記出口側は前記下部本体の上面に開口して設けられた第2の液室に連通しており、前記主弁操作手段は、結合された前記上部本体と前記下部本体の間に挟持されて前記第1の液室と前記第2の液室を隔離するダイヤフラムと、前記下部本体の前記流路内に配置されて前記ダイヤフラムと前記主弁を連結する連結手段とを有することを特徴としている。
【0015】
係る構成によれば、主弁と、パイロット弁と、圧力を増幅して伝達するダイヤフラムを一体化した複雑な構造を全体としては一体として本体内に組み込んだコンパクトな構成を実現することができる。また、パイロット弁を通過した流体の圧力をダイヤフラムで確実に主弁に伝達することができるので、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を確実に設定できる。
【0016】
請求項3に記載された流量制御弁は、前記流量制御弁において、前記ソレノイドに与える電圧と、該電圧が与えられた前記ソレノイドにより前記パイロット弁が移動して前記分岐路から供給される流体の流量とが、比例関係にあるように前記板ばねの弾性が設定されていることを特徴としている。
【0017】
係る構成によれば、ソレノイドに電圧を与えてパイロット弁が開く際、ソレノイドによる駆動力が急激に増大する範囲で板ばねが抵抗となり、パイロット弁の移動を規制するので、該パイロット弁は電圧に比例したリフト量だけ開く。これによって流量制御弁全体としての比例制御が好適に行なわれる。
【0018】
請求項4に記載された流量制御弁は、請求項2記載の流量制御弁において、前記パイロット弁と前記ダイヤフラムとの間に、前記流体の一部を逃がす調整自在の逃がし弁を設けることにより、前記パイロット弁が移動して前記分岐路から供給される流体の流量と前記主弁による前記流路の開度とが比例するように構成したことを特徴としている。
【0019】
係る構成によれば、予め逃がし弁を調整することにより、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を、制御しようとする流体の流量や圧力等に応じて確実に設定することができる。
【0020】
請求項5に記載された流量制御弁は、請求項2記載の流量制御弁において、前記下部本体の下面に前記流路に連通する貫通孔が形成されており、該貫通孔には進退避自在とされた調整部材が設けられ、該調整部材の内面と前記主弁との間に前記付勢手段が設けられている。
【0021】
係る構成によれば、前記調整部材の前記下部本体に対する取り付け位置を調整することにより、前記付勢手段が前記主弁に与える付勢力を適宜に調整することができるので、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を設定する流量調整作業を一層精密にかつ効率よく行なうことができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図1〜図5を参照して説明する。
図1に示す本例の流量制御弁は、下部本体2と上部本体3からなる円柱形の本体1を有している。下部本体2の内部には流体の流路4が形成されており、該流路4は側周面に入口5と出口6を開口させている。下部本体2の中心位置である前記流路4の中途には、円環状の弁座7が円柱形である下部本体2の中心軸と同軸に形成されている。この弁座7の下方の流路4内には主弁8が設けられており、下側から該主弁8が当接して当該弁座7の開口を閉止できるように構成されている。該主弁8の下面側には案内軸9が設けられている。また、下部本体2の底部には前記流路4に連通する貫通孔2aが形成されており、該貫通孔2aにはねじ構造により略円板形の調整部材10が位置調整可能に取り付けられている。該調整部材10の内面中央には案内孔10aが形成されているが、この案内孔10aに前記主弁8の案内軸9が挿入されており、これによって前記主弁8は上下方向の所定範囲内で移動自在に案内されて弁座7の開口を開閉することができるように構成されている。また、主弁8の下面の係止段部8aと調整部材10の上面に形成された円環状の保持溝10bとの間には、付勢部材としてのばね11が設けられており、前記流路4を閉止する方向に前記主弁8を付勢している。
調整部材10がねじ構造で位置調整可能とされているのは、ばね11が主弁8に与える付勢力を調整して主弁8を開方向に移動させる際の力を任意に調整可能とするためである。
【0023】
前記流路4において、前記主弁8よりも手前である前記流路4の前記入口5側には、分岐路12が設けられている。分岐路12は、流路4の入口5から入ってきた流体の一部をバイパスする経路であり、上部本体3にも連続して形成されており、上部本体3の中心部に設けられたパイロット弁に接続されている。
【0024】
なお、分岐路12は機械工作上及びメンテナンス上の便宜から下部本体2及び上部本体3の側周面に開口している部分があるが、当該部分は通常の使用時には閉止部材としてのねじ13等によって封止されている。メンテナンス時等にはねじ13を外せば分岐路12内を清掃することができる。
【0025】
上部本体3の中心に設けられた取り付け部3aには、円柱形のパイロット弁座14が設けられている。パイロット弁座14は、取り付け部3aのめねじ孔に対して螺入・固定されるおねじ部を有している。パイロット弁座14の内部には連通孔14aが形成されており、この連通孔14aは側周面に開口して前記分岐路12の前半に接続されている。連通孔14aはパイロット弁座14の上面中央に通油孔14bにて開口しており、該通油孔14bを介して上部本体3の後半の分岐路12bに連通している。パイロット弁座14の側周面と取り付け部3aとの間にはパッキンが介装されており、連通孔14aから流体が漏れないように構成されている。
【0026】
パイロット弁座14を回転させれば、上部本体3に対するパイロット弁座14の軸方向の位置を上記ねじ機構で調整することができる。この調整機構により、後述するソレノイドに与える電圧と、このパイロット弁座14での流量とが比例するように微妙な調整を行うことができる。
【0027】
前記上部本体3の上端面には、前記パイロット弁座14の通油孔14b及び分岐路12bに連通する凹段部3bが開口して形成されている。この凹段部3b内には、固定ナット15がねじ込まれている。固定ナット15は略環状の固定部材であり、該凹段部3bに後述する移動抵抗板20を押圧して固定している。そして凹段部3bの底面と固定ナット15の間にはOリングが介装されており、上部本体3の凹段部3b内を外部に対して密封している。
【0028】
固定ナット15の中央にはパイプ21の開口下端部が固着されている。パイプ21の上端には固定コア22が固着されており、パイプ21外の上方に突出した固定コア22の上端部にはねじ部22aが形成されている。
【0029】
前記パイプ21の内部には、円柱形の移動コア23が上下摺動自在に設けられている。またパイプ21内にある移動コア23の上端面には非磁性材料よりなる薄板状の固定抵抗板24が設けられており、パイプ21内の移動コア23が前記固定コア22に対して急激かつ強力に磁着してしまうことを防止できるようになっている。なお、前記固定抵抗板24の厚さは、移動コア23に加わる磁場の影響等を勘案して定めればよい。また固定抵抗板24は後述する固定コア22下端に設けてもよい。
【0030】
この移動コア23の下端には、前述した移動抵抗板20と、パイロット弁座14の通油穴14bを開閉するパイロット弁としての弁体25とが取付けられている。図2に示すように、移動抵抗板20は、同芯に設けられた大径の環状枠部26と小径の環状取付部27とを有し、湾曲した形状の3本の放射状のアーム28によってこれら両部を連結した構造とされている。そして環状枠部26の外径は、前記凹段部3bに安定して係合し得るように設定されている。
【0031】
また弁体25は、基部29の上端に取付ねじ部30が形成され、基部29の下端に前記パイロット弁座14の通油孔14bを開閉する突起31が形成された構造になっている。そして、弁体25の取付ねじ部30は、前記移動抵抗板20の環状取付部27を挿通した状態で移動コア23の下端にねじ込まれており、移動コア23、移動抵抗板20、及び弁体25は一体に組立てられている。そして、移動コア23が最下方位置にあって突起31が通油孔14bを閉止している時、移動抵抗板20は環状枠部26が固定ナット15の押え面に下から当接した状態となっている。この時、移動抵抗板20は変形していない。従って後述するコイルの働きによって移動コア23を上昇させて通油孔14bを開いた時、移動抵抗板20は上方に向け凸形状にたわむように構成されている。
すなわち、移動抵抗板20は、前記分岐路12aを開放する方向に移動する弁体25を、これとは反対方向に付勢する板ばねとして機能する。
【0032】
次に、前記上部本体3及び固定ナット15の上面には、パイプ21を外挿してコイル32が設けられており、該コイル32が発生する磁場によってパイプ21内の移動コア23を移動させる電磁的駆動手段としてのソレノイド33が構成されている。該コイル32は下方が開放された円筒形のコイルケース34に覆われている。該コイルケース34の円形の上壁の中央部には取付穴が設けられており、この取付穴に固定コア22のねじ部22aを挿通させ、該ねじ部22aにナット35をねじ込むことによって、パイプ21及び上部本体3側にコイルケース34が取付けられている。
【0033】
すなわち、前記コイル32に通電した時には、前記パイロット弁 (弁体25)は前記分岐路12aが開放される方向に付勢されるが、同時に移動抵抗板20によって分岐路12aを閉止する方向にも付勢力を受ける。これにより両方の力は拮抗し、前記ソレノイド33に与える電圧と、該電圧が与えられた前記ソレノイド33により前記弁体25が移動して前記分岐路12aから供給される流体の流量とが、比例関係となるように前記移動抵抗板20の抵抗力が設定されている。
【0034】
前記上部本体3の下端面の中央には、分岐路12や主弁8の弁座7よりも大径の(従って円柱形の上部本体3の中心軸線に垂直な切断面における断面積が大きい)第1の液室40が開口して形成されている。上部本体3の後半の分岐路12は、この第1の液室40に接続連通している。下部本体2の上面には、第1の液室40と同内径である第2の液室41が形成されている。この第2の液室41は、下部本体2の流路4の出口6側(すなわち主弁8の下流側の流路4)に連通している。そして、結合された上部本体3と下部本体2の間には、主弁操作手段としてのダイヤフラム45が挟持・固定されて第1の液室40と第2の液室41を隔離している。このダイヤフラム45は、外形が全体として略円形の弾性材料からなる圧力伝達部材である。ダイヤフラム45は変形・移動が容易となるように断面略波型とされている。このダイヤフラム45の中央部と主弁8とは棒状の連結手段46で結合されている。従って、このダイヤフラム45によれば、パイロット弁 (弁体25)が分岐路12aを開放した際に分岐路12aから供給された流体が作用することにより、第1及び第2の液室40,41の大きな断面積に対応する広い面積で液圧を受けて変形・移動し、拡大した大きな力で主弁8を操作して主弁8を流路4が開放される方向に移動させることができる。
【0035】
上部本体3において、弁体25とダイヤフラム45との間に、流体の一部を外部の系に逃がす流量調整自在の逃がし弁47(バランスポート)が設けられている。本例では、パイロット弁座14の通油孔14bよりも下流である後半の分岐路12bに外部に連通する孔が形成され、この孔に逃がし弁47が設けられている。この位置は、加工し易く、使用時にダイヤフラム45に発生しうるハウリングから影響されにくいという点で好都合である。この逃がし弁47は、ニードル状の弁体を有しており、ねじ構造によって該弁体を進退させて外部に逃がす流体の流量を自在に調整することができる。この逃がし弁47を操作することによって、第1の液室40のダイヤフラム45に供給される流体の流量と、主弁8による流路4の開度とが比例するように調整を行なうことができる。
【0036】
次に、以上のように構成された流量制御弁の作用を説明する。
まず、パイロット弁の流量とソレノイド33の電圧の関係を調整する。この調整は、本体1を組み立てる前に上部本体3のみで行なう。
コイル32に電圧を加えない状態で流量が最低(例えば0)となるような弁体25の原点位置を検出する。この時、弁体25の突起31は、弁体25及び移動コア23の重量をもって通油孔14bを閉止しており、また移動抵抗板20は変形していない。ここで上部本体3の前半の分岐路12aから所定圧力の検査用空気を供給すると、空気は、パイロット弁ざ14の通油孔14bを経て突起31との隙間から後半の分岐路12bに入り、液室40から外に出ていく。ここで、パイロット弁座14を徐々に回していくと、パイロット弁座14は上部本体3内で上昇していき、弁体25及び移動コア23を徐々に持ち上げる。そして、移動抵抗板20の環状枠部26が固定ナット15に下から当接すると、弁体25の持ち上げには移動抵抗板20による抵抗が生じるようになり、突起31は所定の力をもって確実に通油孔14bを閉止するので、所定圧力の空気は出てこなくなる。
【0037】
このように調整したパイロット弁は、所定圧力の流体が供給された場合には、コイル32に与える電圧を加減することにより、流量と電圧が直線的に比例する制御を行なうことができる。コイル32に与える電圧を上昇させて移動コア23を固定コア22に向けて上昇させる場合、リフト量が大きくなって移動コア23が固定コア22に接近すると、電圧の上昇に対して移動コア23に動く力が急激に大きくなると考えられる。ところが本例のパイロット弁では、移動コア23と固定コア22の間に非磁性材料よりなる固定抵抗板24が設けられているので、移動コア23に働く力が急増する領域の大半は移動コア23の可動ストロークから除外され、移動コア23が固定コア22に急激に強く磁着して磁化されてしまうことがなくなる。また、固定コア22に向けた移動コア23の移動によって移動抵抗板20にはたわみを生じるが、たわみ量が大きくなるほど移動抵抗板20はたわみにくくなっている。即ち電圧が小さく、移動コア23のリフトが少い段階では移動抵抗板20は比較的簡単にたわむが、電圧が上昇し移動コア23が固定抵抗板24に近づき、移動コア23に働く力が急速に増大しはじめるところでは移動抵抗板20はたわみにくくなって移動コア23の急激な変位を規制する。
【0038】
従って第3図に示すように、コイル32に与える電圧と移動コア23のリフトの関係がほぼ直線的になり、弁体25の開度をコイル32の負荷から検出して自動制御することにより、弁体25における流量を連続的にきめ細かく制御することができる。従って流量の急変によって本流量制御弁内での流体圧力が大きく変化してしまうことがなくなり、圧力をほぼ一定とした状態で調整範囲の広い流量制御を実現することができる。また弁体25は、コイル32に与える電圧を変化させて移動コア23を微妙に昇降動させ、流量制御弁内で流量の比例制御を行なわせるためのものであるから、電圧が0の時に流量が確実に0とされていなければならないし、また原点位置において移動抵抗板20を不必要にたわませることも避けねばならない。このように弁体25における原点位置の調整はきわめて微妙なものとなるが、本例の流量制御弁は前述したようなねじ式のパイロット弁座14を用いているので、簡単かつ正確に最低流量の原点位置を検出することができる。
なお、弁体25及びパイロット弁座14によれば、通油孔14bを開放した場合の流量を0.23ccとすると、コイル32に与える電圧が0〜24Vの範囲に対し、流量は0.81cc〜4ccの範囲で正比例する。
【0039】
上述したように調整した弁体25及びパイロット弁座14を内蔵する上部本体3と、上述したような主弁8等を有する下部本体2を組み立て、前述した構成の流量制御弁を得る。
流量制御弁の入口5に所定圧力の流体を供給し、コイル32に適宜の電圧を与えて制御を行なう。出口6からは制御された所望流量の流体の流出が得られる。すなわち、入口5から流入した流体は、分岐路12aを通ってパイロット弁座14に供給される。弁体25は、コイル32に与えられた電圧に比例して昇降する。ここで、特殊形状の板ばねである移動抵抗板20と急激な磁着を防ぐ固定抵抗板24の作用により、この弁体25は急激な移動が規制されるので、移動コア23のリフトはコイル32の負荷電圧にほぼ直線的に比例し、弁体25及びパイロット弁座14では圧力一定で調整範囲の広い比例流量制御が実現できる。
【0040】
通油孔14bから出た流体は、後半の分岐路12bを経由して上部本体3の液室40に至る。液室40内の流体はダイヤフラム45に圧力を加えるので、ダイヤフラム45にはその面積に応じた力が働く。流体から受けた力に応じてダイヤフラム45は下方に向けて撓み、このダイヤフラム45と連結手段46で連結された主弁8もダイヤフラム45が流体から受けた力に応じて下方に移動する。これによって、主弁8は、ダイヤフラム45が流体から受けた力に応じた寸法だけ弁座7から離れて流路4を開放する。
【0041】
このように、この流量制御弁によれば、入口5から受け入れた流体の一部を分岐路12aを介して電圧と流量が比例するパイロット弁に導き、このパイロット弁によってダイヤフラム45に与える流体の流量を比例制御し、所定の受圧面積に設定したダイヤフラム45で流体の圧力を受けることにより大きな力を得て主弁8を操作している。このように、本例の流量制御弁によれば、パイロット弁自体の流量は小さいが、これによる力をダイヤフラム45で増幅して主弁8の移動量を大きくすることができるので、大流量の比例制御を実現することができた。
【0042】
実際には、コイル32に与える電圧と出口6で得られる流量が比例するように、予め逃がし弁47を操作して外部に逃がす流体の流量を調整しておく。なお、逃がし弁47の調整時、調整部材10を回転させて、主弁8を閉止方向に付勢しているばね11の弾性力を調整してもよい。ばね11の弾性力にばらつきがあっても、その誤差は調整部材10による調整で吸収することができる。
【0043】
図4は、本例の流量制御弁で得られたコイル32に与える電圧と流量との関係を示すグラフである。ここでは、流体は空気、室温23℃、主弁8開放時の流量が900l/min、入口5での圧力4MPa、出口6での圧力3MPaとした。このように150〜400l/minの広い範囲でコイル32電圧と略比例した流量制御が出入り口の差圧1MPaで実現できた。
【0044】
次に、前記流量制御弁を、ボイラにおける燃料噴射装置の流量制御に用いた例を説明する。図5に示すように、灯油槽100内の灯油は、電磁ポンプPによって所定圧力でバイパスノズル101に送られるようになっている。灯油は所定圧力でノズル孔101aから燃焼室内に向けて噴霧され、燃焼される。バイパスノズル101で噴霧されなかった一部の灯油は、前記所定圧力で流量制御弁を通過して前記灯油槽100に環流していく。ここでボイラの炉内の温度等をセンサによって常時監視し、この値と目標温度との偏差をフィードバックして前記流量制御弁のコイル電圧を自動調整すれば、系内に流通する灯油の流量を、圧力をほぼ一定としたままできめ細かく増減させることができる。即ち、圧力がほぼ一定の状態で調整範囲の広い比例流量制御を自動制御で実現でき、ボイラの炉内温度を設定した目標値に常に一致させることができる。さらに、この流量制御弁は、流量が毎分数百リットルと大きいので、大型のボイラにも無理なく適用でき、さらに数百キロワット規模の発電装置の天然ガスタービン等にも用いることができる。
【0045】
本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、燃焼装置を有する乾燥機や温調設備等の他、大流量の流体の比例流量制御一般に広く使用することができる。
【0046】
【発明の効果】
請求項1に記載された発明によれば、電圧と弁のリフト量が比例するパイロット弁からの流体の力を主弁操作手段(ダイヤフラム)で増幅して主弁を操作する構成としたので、圧力一定で調整範囲の広い大流量の比例流量制御を実現できる。
【0047】
また、請求項2に記載された流量制御弁によれば、主弁と、パイロット弁と、圧力を増幅して伝達するダイヤフラムを一体化した複雑な構造を全体としては一体として本体1内に組み込んだコンパクトな構成を実現することができる。また、パイロット弁を通過した流体の圧力をダイヤフラムで増幅して確実に主弁に伝達することができるので、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を確実に設定できる。
【0048】
請求項3に記載された流量制御弁によれば、ソレノイドに電圧を与えてパイロット弁が開く際、ソレノイドによる駆動力が急激に増大する範囲で板ばねが抵抗となり、パイロット弁の移動を規制するので、該パイロット弁は電圧に比例したリフト量だけ開く。これによって流量制御弁全体としての比例制御が好適に行なわれる。
【0049】
請求項4に記載された流量制御弁によれば、請求項2記載の流量制御弁において、予め逃がし弁を調整することにより、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を、制御しようとする流体の流量や圧力等に応じて確実に設定することができる。
【0050】
請求項5に記載された流量制御弁によれば、請求項2記載の流量制御弁において、調整部材の前記下部本体に対する取り付け位置を調整することにより、前記付勢手段が前記主弁に与える付勢力を適宜に調整することができるので、ソレノイドに与える電圧と主弁の開度の連続的かつ直線的な比例関係を設定する流量調整作業を一層精密にかつ効率よく行なうことができる。
【0051】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図2】本発明の実施の形態の一例における移動抵抗板の平面図である。
【図3】本発明の実施の形態の一例におけるコイル電圧とパイロット弁リフト量の関係を示す図である。
【図4】本発明の実施の形態の一例におけるコイル電圧と流量の関係を示す図である。
【図5】本発明の実施の形態の一例である流量制御弁を用いた燃料噴射装置の構成図である。
【図6】多段切替方式による従来の燃料噴射装置の構成図である。
【符号の説明】
1…本体、2…下部本体、2a…貫通孔、3…上部本体、4…流路、
5…入口、6…出口、8…主弁、10…調整部材、
11…付勢手段としてのばね、12,12a,12b…分岐路、
20…板ばねとしての移動抵抗板、25…パイロット弁としての弁体、
33…ソレノイド、40…第1の液室、41…第2の液室、
45…主弁操作手段としてのダイヤフラム、46…連結手段、47…逃がし弁。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid flow control valve using a solenoid, and in particular, a voltage applied to the solenoid and a flow rate of the fluid are linearly proportional, and for example, a flow rate of several hundred liters per minute can be controlled, such as in a gas turbine. The present invention relates to a flow control valve applicable to a relatively large engine.
[0002]
[Prior art]
In the flow control of liquid fuel for the purpose of temperature control in a boiler or the like, a method has been adopted in which, for example, an operator manually operates a needle valve while watching the temperature of the boiler. As shown in FIG. 6, a plurality of valves V, which can be opened and closed by a pulse signal, are connected in parallel in the middle of the fuel pipe, and the opening and closing of each valve V are combined by an electric operation to thereby control the flow rate of the fuel. A multi-stage switching valve system for adjusting the pressure was also used.
[0003]
According to such a conventional method, there is a problem that the adjustment range of the flow rate is generally narrow, and the pressure of the fluid changes with the change of the flow rate. In particular, the multi-stage switching valve system has been configured to automatically control the flow rate of the fuel according to the temperature of the boiler because the electric switching operation can be performed, but each valve V is controlled to be on / off. The adjustment of the flow rate had to be stepwise, and fine control could not be performed. There is also a problem that a trouble is likely to occur in the opening / closing portion of each valve V.
[0004]
Therefore, the present applicant has proposed a flow control valve and a flow control method as disclosed in
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. Hei 7-26702
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 7-26703
[0006]
The flow control valve disclosed by the present applicant in
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this flow control valve, the flow rate of the fluid that can be controlled is at most several liters per minute to about ten and several liters per minute, and it is not possible to proportionally control a larger flow rate than this. That is, this flow control valve is proportional to the voltage in a range where the opening degree of the valve is relatively small by applying each urging force of the solenoid and the resistance plate directly to the valve body for the fluid having a relatively small flow rate described above. It has been adjusted as follows. For this reason, when the size of the valve is increased, the displacement of the heavy valve must be controlled in a relatively wide range, and the voltage and flow rate are controlled by using a large solenoid and a large moving resistance plate. It was extremely difficult to adjust the ratio so as to be proportional.
[0008]
However, in the field of flow control, there has been a strong demand to perform continuous fine-grained control of the voltage and flow using a solenoid even in the large flow range described above.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a flow control valve capable of proportionally controlling the flow rate of a liquid by continuously and linearly proportionalizing the voltage applied to a solenoid and the amount of movement of a valve body. An object of the present invention is to provide a flow control valve which can perform proportional control even at a large flow rate of about ten to several hundred liters.
[0010]
Further, another object of the present invention is to adjust the release valve in advance in the flow rate control valve, so that the flow rate of the fluid supplied through the pilot valve and the opening degree of the flow path by the main valve are adjusted. In order to reliably set the continuous and linear proportional relationship between the voltage applied to the solenoid and the amount of movement of the main valve in accordance with the flow rate and pressure of the fluid to be controlled.
[0011]
Another object of the present invention is to provide a flow control valve, comprising: amplifying a pressure of a fluid introduced from the inlet side of the flow path and transmitting the amplified pressure to a main valve to thereby increase a voltage and a valve applied to a solenoid. An object of the present invention is to surely set a continuous and linear proportional relationship of the amount of body movement.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The flow control valve according to
[0013]
According to such a configuration, when a voltage is applied to the solenoid, the leaf spring is deformed to open the pilot valve. The fluid passes through the branch from the inlet side of the flow path and applies pressure to the main valve operating means via the pilot valve. The main valve operating means transmits the force due to the pressure of the applied fluid to the main valve and moves the main valve in the opening direction against the biasing means, so that the fluid flows through the main valve to the outlet.
[0014]
Further, the flow control valve according to
[0015]
According to such a configuration, it is possible to realize a compact configuration in which a complicated structure in which the main valve, the pilot valve, and the diaphragm that amplifies and transmits the pressure are integrated as a whole is integrated into the main body. In addition, since the pressure of the fluid that has passed through the pilot valve can be reliably transmitted to the main valve by the diaphragm, a continuous and linear proportional relationship between the voltage applied to the solenoid and the opening of the main valve can be reliably set.
[0016]
The flow control valve according to claim 3, wherein in the flow control valve, a voltage applied to the solenoid and a fluid supplied from the branch passage by moving the pilot valve by the solenoid applied with the voltage. The elasticity of the leaf spring is set so that the flow rate is proportional to the flow rate.
[0017]
According to such a configuration, when a voltage is applied to the solenoid to open the pilot valve, the leaf spring becomes a resistance in a range where the driving force by the solenoid rapidly increases and regulates the movement of the pilot valve. Open by proportional lift. As a result, proportional control of the entire flow control valve is suitably performed.
[0018]
The flow control valve according to
[0019]
According to this configuration, by adjusting the relief valve in advance, the continuous and linear proportional relationship between the voltage applied to the solenoid and the opening of the main valve can be reliably determined in accordance with the flow rate and pressure of the fluid to be controlled. Can be set to
[0020]
A flow control valve according to a fifth aspect of the present invention is the flow control valve according to the second aspect, wherein a through-hole communicating with the flow path is formed on a lower surface of the lower body, and the through-hole is freely retractable. The adjusting member is provided, and the urging means is provided between the inner surface of the adjusting member and the main valve.
[0021]
According to this configuration, by adjusting the mounting position of the adjusting member with respect to the lower body, the urging force applied to the main valve by the urging means can be appropriately adjusted. The flow rate adjusting operation for setting a continuous and linear proportional relationship between the valve openings can be performed more precisely and efficiently.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The flow control valve of this embodiment shown in FIG. 1 has a cylindrical
The position of the adjusting
[0023]
In the
[0024]
The
[0025]
A cylindrical
[0026]
By rotating the
[0027]
A
[0028]
The lower end of the opening of the
[0029]
Inside the
[0030]
At the lower end of the moving
[0031]
The valve body 25 has a structure in which a mounting
That is, the
[0032]
Next, on the upper surfaces of the upper main body 3 and the fixing
[0033]
That is, when the
[0034]
At the center of the lower end surface of the upper main body 3, the diameter of the upper main body 3 is larger than the
[0035]
In the upper main body 3, a relief valve 47 (balance port) is provided between the valve body 25 and the
[0036]
Next, the operation of the flow control valve configured as described above will be described.
First, the relationship between the flow rate of the pilot valve and the voltage of the
In a state where no voltage is applied to the
[0037]
The pilot valve adjusted in this manner can perform control in which the flow rate and the voltage are linearly proportional by increasing or decreasing the voltage applied to the
[0038]
Therefore, as shown in FIG. 3, the relationship between the voltage applied to the
According to the valve element 25 and the
[0039]
The upper body 3 containing the valve element 25 and the
A fluid having a predetermined pressure is supplied to the
[0040]
The fluid that has flowed out of the
[0041]
As described above, according to the flow control valve, a part of the fluid received from the
[0042]
In practice, the
[0043]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the voltage applied to the
[0044]
Next, an example in which the flow control valve is used for controlling the flow rate of a fuel injection device in a boiler will be described. As shown in FIG. 5, the kerosene in the
[0045]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be widely used in general for proportional flow rate control of a large flow rate fluid in addition to a dryer having a combustion device, a temperature control facility, and the like.
[0046]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the invention, the main valve operating means (diaphragm) amplifies the fluid force from the pilot valve, in which the voltage is proportional to the valve lift, to operate the main valve. It is possible to realize proportional flow rate control of a large flow rate with a constant pressure and a wide adjustment range.
[0047]
According to the flow control valve according to the second aspect, a complicated structure in which the main valve, the pilot valve, and the diaphragm for amplifying and transmitting the pressure are integrated as a whole is integrated into the
[0048]
According to the flow control valve described above, when a voltage is applied to the solenoid to open the pilot valve, the leaf spring acts as a resistor in a range where the driving force by the solenoid rapidly increases, thereby restricting the movement of the pilot valve. Therefore, the pilot valve opens by a lift amount proportional to the voltage. As a result, proportional control of the entire flow control valve is suitably performed.
[0049]
According to the flow control valve according to the fourth aspect, in the flow control valve according to the second aspect, by adjusting the relief valve in advance, a continuous and linear relationship between the voltage applied to the solenoid and the opening of the main valve is obtained. The proportional relationship can be reliably set according to the flow rate and pressure of the fluid to be controlled.
[0050]
According to the flow control valve described in
[0051]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a moving resistance plate according to an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a coil voltage and a pilot valve lift amount in an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a coil voltage and a flow rate according to an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of a fuel injection device using a flow control valve as an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional fuel injection device using a multi-stage switching method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
5 inlet, 6 outlet, 8 main valve, 10 adjusting member,
11 ... springs as biasing means, 12, 12a, 12b ... branch paths,
20: moving resistance plate as a leaf spring; 25: valve body as a pilot valve;
33: solenoid, 40: first liquid chamber, 41: second liquid chamber
45: diaphragm as main valve operating means; 46: connecting means; 47: relief valve.
Claims (5)
前記流路の中途に設けられて前記流路を開閉する主弁と、
前記流路を閉止する方向に前記主弁を付勢する付勢手段と、
前記主弁に関して前記流路の前記入口側に連通して設けられた分岐路と、
前記分岐路に設けられて前記分岐路を開閉するパイロット弁と、
前記分岐路を開放する方向に移動する前記パイロット弁を反対方向に付勢する板ばねと、
通電時には前記分岐路が開放される方向に前記パイロット弁を付勢するソレノイドと、
前記主弁に取り付けられ、前記パイロット弁が前記分岐路を開放した際に前記分岐路から供給された前記流体が作用することにより移動して前記主弁を前記流路が開放される方向に移動させる主弁操作手段と、
を有する流量制御弁。A fluid flow path having an inlet and an outlet,
A main valve provided in the middle of the flow path to open and close the flow path,
Urging means for urging the main valve in a direction to close the flow path,
A branch path provided in communication with the inlet side of the flow path with respect to the main valve,
A pilot valve provided in the branch path to open and close the branch path;
A leaf spring for urging the pilot valve moving in a direction to open the branch path in an opposite direction,
A solenoid for energizing the pilot valve in a direction in which the branch path is opened when energized;
Attached to the main valve, when the pilot valve opens the branch passage, the fluid supplied from the branch passage acts to move and move the main valve in a direction in which the flow passage is opened. Main valve operating means for causing
Having a flow control valve.
前記流路と、前記主弁と、前記付勢手段とは前記下部本体に設けられ、
前記パイロット弁と、前記板ばねと、前記ソレノイドとは前記上部本体に設けられ、
前記分岐路は前記上部本体と前記下部本体に設けられて連通しており、
前記上部本体の前記分岐路は前記上部本体の下面に開口して設けられた第1の液室に連通しており、
前記下部本体の前記主弁に関する前記流路の前記出口側は前記下部本体の上面に開口して設けられた第2の液室に連通しており、
前記主弁操作手段は、結合された前記上部本体と前記下部本体の間に挟持されて前記第1の液室と前記第2の液室を隔離するダイヤフラムと、前記下部本体の前記流路内に配置されて前記ダイヤフラムと前記主弁を連結する連結手段とを有することを特徴とする請求項1記載の流量制御弁。Having a main body in which the upper main body and the lower main body are combined,
The flow path, the main valve, and the urging means are provided in the lower body,
The pilot valve, the leaf spring, and the solenoid are provided on the upper body,
The branch path is provided and communicated with the upper body and the lower body,
The branch path of the upper body communicates with a first liquid chamber provided to be opened on the lower surface of the upper body,
The outlet side of the flow path with respect to the main valve of the lower body communicates with a second liquid chamber provided on the upper surface of the lower body.
A diaphragm interposed between the coupled upper body and the lower body to isolate the first liquid chamber and the second liquid chamber; and a diaphragm in the flow path of the lower body. 2. The flow control valve according to claim 1, further comprising a connecting means arranged to connect the diaphragm and the main valve.
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