JP2007240029A

JP2007240029A - ガスガバナ

Info

Publication number: JP2007240029A
Application number: JP2006059596A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Mizutani; 圭一水谷; Akiyoshi Wakita; 章義脇田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】ダイアフラムを備えたガスガバナでは、１次圧室から２次圧室への開口の面積よりダイアフラムの受圧面積が小さくなると２次圧が設定圧力より高くなる現象が生じる。また、開口の開度が大きい状態、すなわち大火状態で１次圧が上昇すると２次圧は設定圧力より低い圧力に制限することが望ましいが、小火状態では２次圧を設定圧力より低い圧力に制限すると、立ち消えのおそれが生じる。
【解決手段】大火状態で開口２１の面積Ｄ１よりダイアフラム６の受圧面積を大きく設定すると共に、閉弁状態から全開状態に変化するにつれて、ダイアフラム６の受圧面積がＤ２からＤ３へと大きくなるように設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス供給管からガスバーナへの途中に取り付けられ、ガス供給管の１次圧が変動してもガスバーナに供給されるガスの２次圧を一定の保持するガスガバナに関する。

従来のこの種のガスガバナは、ケーシング内に１次圧室と２次圧室とが形成されており、両室は開口を介して連通されている。ガス供給管からのガスはこの１次圧室内に導入された後、開口を通って２次圧室に流入し、２次圧室からガスバーナのノズルへと流出していく。

この開口をバルブシートとして、２次圧室側からバルブシートに着座して開口を閉鎖する弁体が設けられている。この弁体には１次圧室内の１次圧を受圧するダイアフラムが取り付けられており、１次圧を受けて１次圧室を拡張する方向にダイアフラムの形状が変化すると、開口を閉鎖する方向、すなわちバルブシートに着座させる方向に弁体を移動させる。また、逆に弁体をバルブシートから遠ざける方向に弁体を付勢するバネ手段が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成のガスガバナでは、１次圧が所定の設定圧力より低い場合にはバネ手段による付勢力によって開口は大きく開放され、１次圧室から２次圧室へとガスは何ら制限されることなく流れる。そのため、１次圧と２次圧はほぼ同じ圧力になる。

ケーシング内では、ダイアフラムが１次圧を受圧することにより生じる受圧力と、弁体が２次圧を受圧することによって生じる受圧力との合力により、弁体を閉弁方向に付勢する閉弁力が生じる。一方、弁体を開弁方向に付勢するバネ手段による付勢力と弁体が１次圧を受圧することにより生じる受圧力との合力である開弁力が生じている。１次圧が設定圧力に到達すると、これら閉弁力と開弁力とが釣り合う状態で弁体が保持される。ここで、ダイアフラムが１次圧から受ける受圧力と弁体が１次圧から受ける受圧力とは方向が逆である。そのため、ダイアフラムの受圧面積と弁体の受圧面積とを等しく設定すると、両受圧力は大きさが等しくなり、相互に打ち消し合う。その結果、弁体が２次圧から受ける閉弁方向の受圧力とバネ手段による開弁方向の付勢力とが釣り合う位置で弁体が保持される。そのため、１次圧が増加しても２次圧は増加しないで結果的に２次圧は一定に保たれることになる。

さらに図４および図５を参照して詳述すると、図４において、１次圧室ＣＨ１と２次圧室ＣＨ２とは、バルブシートとなる開口ＶＳを介して連通されている。１次圧室ＣＨ１にはダイアフラムＤＰが設けられ、１次圧室ＣＨ１内の１次圧Ｐ１をダイアフラムＤＰが受圧すると弁体Ｖを引き上げる。弁体Ｖが引き上げられると開口ＶＳの開度は減少する。一方、弁体Ｖを下方に付勢するバネＳＰが設けられている。

ここで、バネＳＰによる下方への付勢力、すなわち開弁力をＷとし、１次圧をＰ１とし、２次圧をＰ２とする。また、ダイアフラムＤＰの受圧面積をＳ１とし、開口の面積をＳ２とした。

すると、弁体Ｖを上方に上げる方向の力、すなわち閉弁力はＰ１×Ｓ１とＰ２×Ｓ２との和であり、逆にバルブＶを下方に下げる方向の力、すなわち開弁力はＰ１×Ｓ２とＷとの和になる。

閉弁力と開弁力とが釣り合う位置で弁体Ｖは保持される。その結果、図４の式（１）が導かれる。ここで、ダイアフラムＤＰの受圧面積Ｓ１が一定で変化しないものとし、かつ開口の面積Ｓ２と等しいと仮定すると、式（２）が導かれる。すなわち、２次圧Ｐ２は１次圧Ｐ１の関数ではなくなるので、１次圧Ｐ１が変化しても２次圧Ｐ２は一定になる。

図５を参照して、１次圧Ｐ１が所定の圧力になるまではバネの付勢力Ｗが大きいため弁体Ｖは全開状態のままであり、そのため、１次圧Ｐ１と２次圧Ｐ２とは等しくなり、両者は比例関係になる。１次圧Ｐ１が所定の設定圧力より高くなると上述の釣り合いの関係が生じ、１次圧Ｐ１がその設定圧力より高くなっても２次圧Ｐ２は一定の圧力に保持される。

なお、ダイアフラムＤＰの受圧面積Ｓ１が開口ＶＳの面積Ｓ２より小さいと、１次圧Ｐ１が高くなるにつれ２次圧Ｐ２も高くなり、逆に受圧面積Ｓ１が面積Ｓ２より大きければ、１次圧Ｐ１が高くなるにつれ２次圧Ｐ２は低くなる。
特許第２６５２９２０号公報（図１）

上記図４および図５を用いて説明したモデルでは、ダイアフラムの受圧面積は一定であると仮定した。しかし、実際のダイアフラムでは弁体が上下することによりダイアフラムの形状が変化し、そのため受圧面積も一定ではなく変化する。特に、ガスガバナ全体を小型化するために小型のダイアフラムを用いると、受圧面積の変化の比率が大きくなり、その影響を無視することができなくなる。

上述のように、ダイアフラムの受圧面積と開口の面積とが同一になるように設定することが理想であるが、そのように設定した場合、ダイアフラムの受圧面積が作動状態によって小さくなると、閉弁力が減少し、１次圧が高くなった場合に２次圧もその影響を受け高くなってしまうという不具合が生じる。

特に火力が強火の状態で２次圧が一定に保持されず高くなるとガスバーナでの火力が設定された最大火力よりも大きくなり、例えば鍋底センサへの熱影響が大きくなり望ましくない。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、上述のような不具合の生じないガスガバナを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明によるガスガバナは、ガス供給管からガスの供給を受ける１次圧室と、この１次圧室から２次圧室へガスを流出させる開口とを備えたケーシング内に、この開口をバルブシートとして２次圧室側から開口を閉弁する弁体と、１次圧室内のガスの１次圧を受けて弁体を閉弁方向に付勢するダイアフラムとを設けると共に、弁体を開弁方向に付勢するバネ手段を備え、ガスの１次圧の変動にかかわらず２次圧室内の２次圧を所定の圧力に保つガスガバナにおいて、１次圧室から２次圧室へのガスの流量が最大になる状態で、ダイアフラムの受圧面積が開口の面積より大きくなるように設定したことを特徴とする。

上述のように、ダイアフラムの受圧面積を開口の面積より大きく設定すると、閉弁力が大きくなり、１次圧が大幅に上昇した場合であっても２次圧を所定の設定圧力より低くなる方向に制御することができるので、ガスバーナの炎が設定された大きさより大きくなることがない。

なお、火力を大きくすると弁体による開口の開度が増加するが、１次圧が高い状態で開口の開度が大きくなると、火力があまり大きくならないように制限する必要がある。そこで、弁体による開口の開度が大きくなるにつれてダイアフラムの受圧面積が増加するように設定した。

なお、１次圧室から２次圧室へのガスの流量が最小となる状態で、ダイアフラムの中心部分がダイアフラムの外周部より開口側に変位するように構成すると、ダイアフラムの受圧面積の変化を大きくすることができる。

また、弁体のストローク中の所定の位置におけるダイアフラムの形状と同じ形状になるようにダイアフラムを成形すれば、ガスガバナを使用しない状態で長時間放置される状態でのダイアフラムの形状に近い形で成形されるので、ダイアフラムの寿命を短くしない。

以上の説明から明らかなように、本発明は、１次圧室から２次圧室へのガスの流量が最大になる状態で、ダイアフラムの受圧面積が開口の面積より大きくなるように設定したので、ガスガバナに接続されるガスバーナが強火力になっても、ガスバーナの火力が設定火力より大きくならず、例えば鍋底センサを炎が炙るという不具合を防止することができる。

図１を参照して、１は本発明によるガスガバナのケーシングである。このケーシング１にはガス供給管からガスが流入する流入口１１と、このケーシング１からガスが流出する流出口１２とが形成されている。流出口１２から流出したガスは火力調節弁１３を経てノズル１４に到達し、ガスバーナ１５へと供給される。

ケーシング１内には開口２１を備えたスリーブ２が挿入されている。このスリーブ２によってケーシング１内に１次圧室３と２次圧室４とが形成され、これら１次圧室３と２次圧室４とは開口２１を介して連通することになる。

５は弁体であり、開口２１の下部周縁をバルブシートとして、開口２１を２次圧室４側から閉弁するように取り付けられている。この弁体５にはホルダ５１が連結されており、この弁体５とホルダ５１とによってダイアフラム６の内周縁６２が挟持されている。このダイアフラム６は外周縁６１がケーシング１とケーシングカバー１０とによって挟持されており、１次圧室３を上方から閉塞するように取り付けられている。また、このダイアフラム６はゴム製の薄膜状に形成されており、１次圧室３内の圧力である１次圧を受圧して弁体５を上方へ引き上げるように作用する。

図示のように、弁体５の上昇端位置、すなわち弁体５が開口２１を閉弁する位置で、ダイアフラム６の内周縁６２が外周縁６１より下方、すなわち開口２１側に変位するようにダイアフラム６を取り付けた。なお、ダイアフラム６は取り外した状態でも本図の仮想線で示した形状、すなわちガスガバナを使用しない状態での形状になるように成形されており、長時間ガスガバナが使用されない場合でもダイアフラム６にストレスが生じないようにした。なお、図示の実線で示した形状から仮想線で示した形状までの間の形状に成形しておけば、ダイアフラム６のストレスを可及的に小さくすることができ、同様の効果を得ることができる。

一方、ホルダ５１の上方にはバネ７が縮設されており、このバネ７の付勢力によって弁体５はホルダ５１を介して下方に付勢されている。なお７１はバネ７の圧縮量を調節するためのネジ部材である。

１次圧室３にガスが供給されておらず、１次圧室３内の圧力Ｐ１と２次圧室４内の圧力Ｐ２とが共に大気圧であると、弁体５はバネ７の付勢力によって下方に押し下げられた状態になる。そのためダイアフラム６の内周縁は下方に引き下げられた状態になる。また、弁体５を引き上げると弁体５は開口２１を閉鎖する。この開口２１が閉鎖された状態でのダイアフラム６の受圧面積をＤ２とすると、開口２１の面積Ｄ１とＤ２とはほぼ同じ寸法であるが、若干Ｄ２が大きくなるように設定した。また、弁体５が下方に押し下げられた状態でのダイアフラム６の受圧面積をＤ３として、Ｄ３はＤ２よりも大きくなるように設定した。なお、弁体５が閉弁状態から下降するに従ってダイアフラム６の受圧面積はＤ２からＤ３に連続して増加する。

上記構成のガスガバナでは、図２に示すように、１次圧Ｐ１がゼロの場合は、弁体５はバネ７の付勢力によって下方に押し下げられたままの状態である。１次圧がゼロから増加すると、１次圧により上方に加わる力（受圧力）がダイアフラム６に加わり、２次圧による弁体を押し上げる受圧力が弁体に作用する。一方、１次圧が弁体を押し下げる受圧力とバネ７が弁体を押し下げる付勢力が作用する。弁体を押し下げる方向の合力より弁体を押し上げる方向の合力が大きくなると、弁体５が引き上げられる。

１次圧が所定の圧力Ｐａに上昇すると、弁体５は設定したバネ荷重と受圧力とが釣り合あい、２次圧Ｐ２が設定２次圧になる位置まで上昇する。１次圧Ｐ１が更に上昇すると、弁体５は開口２１の開度を狭くし、２次圧Ｐ２が弁体５を押し上げる力とバネの付勢力とが釣り合う位置まで上方に引き上げられる。

その際バネ７は、上述の所定の１次圧の際に設定した状態より圧縮されるため、下方への付勢力が増加する。これらの力が釣り合うために、上方へ弁体５を押し上げる２次圧Ｐ２は、設定時より高くなる必要がある。ダイアフラム６の受圧面積が、開ロ２１の面積Ｄ１より大きく設定されていると、ダイアフラム６の受圧面積と開ロ２１の面積Ｄ１との差分だけ、１次圧Ｐ１の上昇により上方へ弁体５が押し上げる力が大きくなり、結果として２次圧Ｐ２は設定時より高くならないように制御される。

火力調節弁１３の開度が全開の火力が強の場合と、開度を絞った弱の場合では、開口２１を通過するガス量が異なるが、１次圧Ｐ１および２次圧Ｐ２による受圧力はバネの付勢力と釣り合うため、ガス量に関係なく２次圧Ｐ２は一定に制御される。このため、開口２１を通過するガス量は、火力の強、弱で異なるガス量を同じ圧力差（Ｐ１−Ｐ２）で流れることになり、ガス量の違いにより、弁体５の上下位置が変化する。すなわち、強火力では弁体が下方に下がって多量のガスを流し、小火力では弁体が上がってガスの流量を絞る。

さらに詳述すると、火力が強火になると、弁体５は開口２１の開度を大きくするため下方に下がり、ダイアフラム６の受圧面積はＤ３に近づいて大きくなり、ダイアフラム６の受圧面積と開口２１の面積との差が大きくなる。そのため、１次圧Ｐ１の上昇により、上方へ弁体５が押し上げる力が増し、結果として２次圧Ｐ２は設定時より高くならないように制御される。

このため、１次圧Ｐ１の上昇により設定した２次圧Ｐ２が設定２次圧以上に上昇することなく制御することができ、例えばガスバーナの強での火力が、１次圧Ｐ１の変化により設定以上になって鍋底センサに影響を与えるという不具合を防ぐことができる。

また、火力調節弁１３の開度を絞り、ガスバーナ１５の火力が小火になると、弁体５は上昇し開口２１の開度が狭められる。すると、ダイアフラム６の受圧面積はＤ２に近づき狭められる。そのため、開口２１の面積Ｄ１とダイアフラム６の受圧面積との差が小さくなり、１次圧Ｐ１が変動しても２次圧Ｐ２は一定に保持され、ガスバーナ１５が立ち消えするおそれがない。

ところで、図３を参照して、ダイアフラム６の内周縁６２が図１の閉弁状態であるＸ１の位置から全開であるＸ２まで下がると、上述したように受圧面積はＤ２からＤ３に広がる。その際の直径の増加分をｂとする。次に、仮に全閉状態で内周縁６２が外周縁６１と同じ高さであるＸ３であると仮定すると、Ｘ３からＸ１まで下がると直径の増加分はａになる。さらに上方のＸ４からＸ３までの変化による直径の変化量もａになる。図示のようにａ＜ｂであり、本発明のように、全閉状態で内周縁６２を外周縁６１と同じ高さにするのではなく、開口側に偏位しておくと、受圧面積の変化を大きくすることができる。

なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。

本発明の一実施の形態の構成を示す図本発明のダイアフラムの特性を示す図ダイアフラムの受圧面積の変化状態を示す図ダイアフラムの構造を模式的に示す図ダイアフラムの受圧面積と特性との関係を説明する図

符号の説明

１ケーシング
２スリーブ
２１開口
３１次圧室
４２次圧室
５弁体
６ダイアフラム
７バネ

Claims

ガス供給管からガスの供給を受ける１次圧室と、この１次圧室から２次圧室へガスを流出させる開口とを備えたケーシング内に、この開口をバルブシートとして２次圧室側から開口を閉弁する弁体と、１次圧室内のガスの１次圧を受けて弁体を閉弁方向に付勢するダイアフラムとを設けると共に、弁体を開弁方向に付勢するバネ手段を備え、ガスの１次圧の変動にかかわらず２次圧室内の２次圧を所定の圧力に保つガスガバナにおいて、１次圧室から２次圧室へのガスの流量が最大になる状態で、ダイアフラムの受圧面積が開口の面積より大きくなるように設定したことを特徴とするガスガバナ。
弁体による開口の開度が大きくなるにつれてダイアフラムの受圧面積が増加するように設定したことを特徴とする請求項１に記載のガスガバナ。
１次圧室から２次圧室へのガスの流量が最小となる状態で、ダイアフラムの中心部分がダイアフラムの外周部より開口側に変位していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガスガバナ。
弁体のストローク中の所定の位置におけるダイアフラムの形状と同じ形状になるようにダイアフラムを成形したことを特徴とする請求項３に記載のガスガバナ。