JP2023043260A

JP2023043260A - 比例弁

Info

Publication number: JP2023043260A
Application number: JP2021150773A
Authority: JP
Inventors: 高裕大稲; Takahiro Oine
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-03-29

Abstract

【課題】一次圧室１１の端面を閉塞するダイヤフラム２に連結された、弁座１３の二次圧室１２側の面に対向する弁体３と、弁体３を閉じ方向に付勢する閉止バネ４と、弁体３に開き方向への押圧力を付与する電磁ソレノイド５とを備える比例弁であって、弁体３に、弁座１３に当接可能な弾性シール体３１が取付けられるものにおいて、消費電力が増加せず、且つ、閉止バネ４に起因する圧力損失も生じないようにする。【解決手段】二次圧室１２の端面を閉塞する、弁体３に連結された第２のダイヤフラム６と、その背面の背圧室７とを設け、背圧室７に閉止バネ４を配置する。背圧室７に、比例弁の上流側に設けられる電磁開閉弁８の弁座８２より上流側に連通する連通路７１を介して一次圧を導入する。ダイヤフラム２の有効受圧面積Ｓｄ１と第２のダイヤフラム６の有効受圧面積Ｓｄ２との合計が弁体３の有効受圧面積Ｓｖと等しくなるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、主としてガス供給路に介設される比例弁に関する。

従来、この種の比例弁として、一次圧室と、二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座とを有する弁筐と、一次圧室の弁座とは反対側の端面を閉塞するダイヤフラムと、ダイヤフラムに連結された、弁座の二次圧室側の面に対向する弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ方向に付勢する閉止バネと、弁体に弁座から離れる開き方向への押圧力を付与すると共にこの押圧力を可変する電磁ソレノイドとを備えるものが知られている。このものでは、比例弁に流れる流体の流量が電磁ソレノイドへの通電電流値に比例して変化すると共に、一次圧が変動しても、ダイヤフラムに連動して弁体が変位して、一次圧の変動による流量の変動を防止するガバナ機能が得られる。

また、このような比例弁において、弁体又は弁座に、弁座又は弁体に当接可能な弾性シール体を取付け、電磁ソレノイドへの非通電時に、弾性シール体により流体の流れを完全に遮断する閉止機能を得られるようにしたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ガス器具では、不使用時のバーナからの生ガス放出を確実に防止できるように、ガス供給路に、閉止機構を有する弁を少なくとも２個介設することが要求されている。上記弾性シール体を具備しない比例弁は閉止機能を有しないため、このような比例弁を使用する場合は、ガス供給路に比例弁以外に電磁開閉弁等の閉止機構を有する弁を２個介設することが必要になる。一方、弾性シール体を具備する上記比例弁を用いれば、ガス供給路に比例弁以外に閉止機構を有する弁を１個介設するだけで済み、コストダウンを図る上で有利である。

ところで、弾性シール体を具備する比例弁において、閉止機能を確実に得るためには、閉止バネのバネ力を強くする必要がある。そのため、比例弁を開弁させるのに必要な電磁ソレノイドへの通電電流値が大きくなり、消費電力が増加してしまう。また、閉止バネは、二次圧室に配置されるため、閉止バネが通路抵抗となって、圧力損失を生じてしまう。

特開平１０－１９６９３２号公報

本発明は、以上の点に鑑み、弾性シール体を具備する比例弁であって、消費電力が増加せず、且つ、閉止バネに起因する圧力損失も生じないようにしたものを提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、一次圧室と、二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座とを有する弁筐と、一次圧室の弁座とは反対側の端面を閉塞する第１ダイヤフラムと、第１ダイヤフラムに連結された、弁座の二次圧室側の面に対向する弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ方向に付勢する閉止バネと、弁体に弁座から離れる開き方向への押圧力を付与すると共にこの押圧力を可変する電磁ソレノイドとを備える比例弁であって、弁体又は弁座に、弁座又は弁体に当接可能な弾性シール体が取付けられるものにおいて、二次圧室の弁座とは反対側の端面を閉塞する、弁体に連結された第２ダイヤフラムと、第２ダイヤフラムにより二次圧室から仕切られた背圧室とが設けられ、背圧室に閉止バネが配置されると共に、背圧室に、一次圧室の上流側の流入路に介設した電磁開閉弁の弁座より上流側の流入路の部分に連通する連通路を介して一次圧が導入されるようにし、更に、第１ダイヤフラムの有効受圧面積と第２ダイヤフラムの有効受圧面積との合計が弁体の有効受圧面積と等しくなるように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、比例弁の電磁ソレノイドへの通電を停止すると共に電磁開閉弁を閉弁状態にする不使用時、比例弁の弁体は、閉止バネのバネ力だけでなく背圧室に導入される一次圧で第２ダイヤフラムに作用する押圧力によっても閉じ方向に押圧される。従って、閉止バネのバネ力が弱くても、弁体又は弁座に設けられた弾性シール体が弁座又は弁体に強く圧接して、閉止機構が確実に得られる。

また、使用時に電磁開閉弁を開弁させれば、一次圧室に一次圧が導入され、第１ダイヤフラムに作用する一次圧による閉じ方向への押圧力と第２ダイヤフラムに作用する一次圧による閉じ方向への押圧力との合力が、弁体に作用する一次圧による開き方向の押圧力と釣り合い（第１ダイヤフラムの有効受圧面積と第２ダイヤフラムの有効受圧面積との合計が弁体の有効受圧面積に等しいため）、弁体は閉止バネのバネ力だけで閉じ方向に押圧されることになる。そして、閉止バネのバネ力を上記の如く弱く設定できるため、比例弁を開弁させるのに必要な電磁ソレノイドへの通電電流値も小さくて済み、消費電力を低減できる。

また、閉止バネは、二次圧室に対し第２ダイヤフラムで仕切られた背圧室に配置されるため、閉止バネに起因する圧力損失は生じない。更に、弁体が第１と第２の両ダイヤフラムで両端支持されることになる。そのため、弁体が傾くことなく安定して動作する。

また、本発明において、第１ダイヤフラムの有効受圧面積と第２ダイヤフラムの有効受圧面積は、夫々弁体の有効受圧面積の半分に設定されることが望ましい。これによれば、第１ダイヤフラムと第２ダイヤフラムとを同じダイヤフラムで構成でき、コストダウンを図る上で有利である。

本発明の実施形態の比例弁の切断側面図。

図１に示す本発明の実施形態の比例弁Ａは、ガスバーナに対するガス供給路に介設されるものであり、流入側の一次圧室１１と、一次圧室１１の上方に位置する流出側の二次圧室１２と、一次圧室１１と二次圧室１２との間の弁座１３とを有する弁筐１を備えている。弁座１３には、一次圧室１１と二次圧室１２とを連通する弁孔１３ａが開設されている。弁筐１には、更に、ガス供給路の上流側部分が接続される流入口１４に連通する一次圧室１１の上流側の流入路１５と、ガス供給路の下流側部分が接続される、二次圧室１２に連通する流出口１６とが設けられている。

比例弁Ａは、更に、一次圧室１１の弁座１３とは反対側の端面たる下端面を閉塞する第１ダイヤフラム２と、第１ダイヤフラム２に連結された、弁座１３の二次圧室１２側の面（上面）に対向する弁体３と、弁体３を弁座１３に接近する閉じ方向（下方）に付勢する閉止バネ４と、弁体３に弁座１３から離れる開き方向（上方）への押圧力を付与すると共にこの押圧力を可変する電磁ソレノイド５とを備えている。弁体３には、弁座１３に当接可能なゴム等の弾性シール体３１が取付けられている。

第１ダイヤフラム２の外周部分は、弁筐１の下面に締結する押え盤２１により、一次圧室１１の下端面外周部に挟圧固定されている。第１ダイヤフラム２の下側には、第１ダイヤフラム２の下面に接する上端のフランジ部２２ａを有する筒状のバルブホルダ２２が設けられている。また、弁体３は、下方にのびる第１弁軸３２を有している。第１弁軸３２の下端部には、第１ダイヤフラム２の上面に接する肩面から下方に突出する小径軸部３２ａが突設されている。そして、この小径軸部３２ａを第１ダイヤフラム２の中心に形成した孔を通してバルブホルダ２２に嵌合固定することにより、第１弁軸３２を第１ダイヤフラム２に連結し、弁体３が第１弁軸３２を介して第１ダイヤフラム２に連結されるようにしている。

電磁ソレノイド５は、押え盤２１の下面に取付けられるヨーク５１と、ヨーク５１に接するボビン５２に巻回したコイル５３と、ボビン５２の内周の筒状ガイド５４に上下方向に移動自在に挿通したプランジャ５５と、プランジャ５５を上方に付勢してプランジャ５５及び弁体３の自重をキャンセルするバネ５６とを有している。プランジャ５５は、第１弁軸３２の小径軸部３２ａの下端に当接し、電磁ソレノイド５（正確にはコイル５３）への通電電流値に比例した開き方向への押圧力を弁体３に付与する。

また、本実施形態の比例弁Ａは、二次圧室１２の弁座１３とは反対側の端面たる上端面を閉塞する、弁体３に連結された第２ダイヤフラム６と、第２ダイヤフラム６により二次圧室１２から仕切られた背圧室７とを備えている。二次圧室１２の上端部には、第２ダイヤフラム６の下面外周部を受ける環状のダイヤフラム受け６１が装着されている。そして、弁筐１の上面に締結される蓋部材６２により第２ダイヤフラム６の外周部がダイヤフラム受け６１との間に挟圧固定され、第２ダイヤフラム６と蓋部材６２との間に背圧室７が画成されるようにしている。

第２ダイヤフラム６の上側には、第２ダイヤフラム６の上面に接する下端のフランジ部６３ａを有する筒状のバルブホルダ６３が設けられている。また、弁体３は、上方にのびる第２弁軸３３を有している。第２弁軸３３の上端部には、第２ダイヤフラム６の下面に接する肩面から上方に突出する小径軸部３３ａが突設されている。そして、この小径軸部３３ａを第２ダイヤフラム６の中心に形成した孔を通してバルブホルダ６３に嵌合固定することにより、第２弁軸３３を第２ダイヤフラム６に連結し、弁体３が第２弁軸３３を介して第２ダイヤフラム６に連結されるようにしている。また、閉止バネ４は、蓋部材62の上板部とバルブホルダ６３のフランジ部６３ａとの間に介設した状態で背圧室７に配置されている。

上記流入路１５には、元弁たる電磁開閉弁８が介設されている。電磁開閉弁８は、流入路１５の途中の弁室８１に配置した、弁室８１の下流端に位置する弁座８２に対向する弁体８３と、弁体８３を弁座８２に着座する閉じ位置に付勢する弁バネ８４と、通電時に弁体８３を弁バネ８４の付勢力に抗して開き動作させる電磁ソレノイド８５とを備えている。背圧室７は、電磁開閉弁８の弁座８２より上流側の流入路１５の部分である弁室８１に連通路７１を介して連通している。そのため、背圧室７に連通路７１を介して一次圧が導入される。

また、第１ダイヤフラム２の有効受圧面積Ｓｄ１と第２ダイヤフラム６の有効受圧面積Ｓｄ２との合計が比例弁Ａの弁体３の有効受圧面積（＝弁孔１３ａの断面積）Ｓｖと等しくなるように、即ち、Ｓｄ１＋Ｓｄ２＝Ｓｖになるように設定されている。尚、本実施形態において、第１ダイヤフラム２の有効受圧面積Ｓｄ１と第２ダイヤフラム６の有効受圧面積Ｓｄ２は、夫々比例弁Ａの弁体３の有効受圧面積Ｓｖの半分、即ち、Ｓｄ１＝Ｓｄ２＝０．５×Ｓｖに設定されている。これによれば、第１ダイヤフラム２と第２ダイヤフラム６とを同じダイヤフラムで構成でき、コストダウンを図る上で有利である。

ここで、一次圧をＰ１、二次圧をＰ２、電磁ソレノイド５による上方への押圧力をＦ１、閉止バネ４のバネ力をＦ２として、電磁開閉弁８を開弁させる使用時は、比例弁Ａの弁体３を開き方向（上方）に押圧する力が、Ｆ１＋Ｓｖ×Ｐ１＋Ｓｄ２×Ｐ２になり、弁体３を閉じ方向（下方）に押圧する力が、Ｆ２＋（Ｓｄ１＋Ｓｄ２）×Ｐ１＋Ｓｖ×Ｐ２になる。そして、開き方向に押圧する力と閉じ方向に押圧する力とが釣り合い、且つ、Ｓｄ１＋Ｓｄ２＝Ｓｖであるから、次式、
Ｆ１＋Ｓｖ×Ｐ１＋Ｓｄ２×Ｐ２＝Ｆ２＋Ｓｖ×Ｐ１＋Ｓｖ×Ｐ２
が成立する。上式をＰ２について整理すると、
Ｐ２＝（Ｆ１－Ｆ２）／（Ｓｖ－Ｓｄ２）
になる。従って、二次圧Ｐ２、即ち、比例弁Ａに流れるガス流量が、電磁ソレノイド５による開き方向への押圧力Ｆ１、即ち、電磁ソレノイド５への通電電流値に比例して変化すると共に、一次圧Ｐ１が変動してもガス流量が変動しないガバナ機能を得られることが分かる。

また、電磁ソレノイド５への通電を停止すると共に、電磁開閉弁８を閉弁させる不使用時には、比例弁Ａの弁体３は、閉止バネ４のバネ力Ｆ２だけでなく、背圧室７に導入される一次圧Ｐ１で第２ダイヤフラム６に作用する押圧力（＝Ｓｄ２×Ｐ１）によっても閉じ方向に押圧される。従って、閉止バネ４のバネ力Ｆ２が弱くても、弁体３に取付けられた弾性シール体３１が弁座１３に強く圧接して、閉止機構が確実に得られる。

また、使用時に電磁開閉弁８を開弁させれば、一次圧室１１に一次圧Ｐ１が導入され、第１ダイヤフラム２に作用する一次圧Ｐ１による閉じ方向への押圧力（＝Ｓｄ１×Ｐ１）と第２ダイヤフラム６に作用する一次圧Ｐ１による閉じ方向への押圧力（＝Ｓｄ２×Ｐ１）との合力（＝（Ｓｄ１＋Ｓｄ２）×Ｐ１）が、弁体３に作用する一次圧Ｐ１による開き方向の押圧力（＝Ｓｖ×Ｐ１）と釣り合い（Ｓｄ１＋Ｓｄ２＝Ｓｖであるため）、弁体３は閉止バネ４のバネ力Ｆ２だけで閉じ方向に押圧されることになる。そして、閉止バネ４のバネ力Ｆ２を上記の如く弱く設定できるため、比例弁Ａを開弁させるのに必要な電磁ソレノイド５への通電電流値も小さくて済み、消費電力を低減できる。

また、本実施形態において、閉止バネ４は、背圧室７に配置されるため、二次圧室１２に閉止バネを配置する従来例のものと異なり、閉止バネ４に起因する圧力損失を生じない。更に、弁体３が第１と第２の両ダイヤフラム２，６で両端支持されることになる。そのため、弁体３が傾くことなく安定して動作する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、電磁開閉弁８を比例弁Ａの弁筐１に組み込んでいるが、電磁開閉弁用の弁筐を別に設けて、この弁筐内に設けられる、電磁開閉弁の弁座より上流側の流入路の部分をチューブ等から成る連通路を介して背圧室７に連通させることも可能である。また、上記実施形態では、弁体３に弾性シール体３１を取付けているが、弁座１３に、弁体３に当接可能な弾性シール体を取付けてもよい。更に、上記実施形態では、一次圧室１１の上方に二次圧室１２が位置しているが、上下反転させて、一次圧室１１の下方に二次圧室１２を位置させるようにした比例弁にも同様に本発明を適用できる。

Ａ…比例弁、１…弁筐、１１…一次圧室、１２…二次圧室、１３…弁座、１５…流入路、２…第１ダイヤフラム、３…弁体、４…閉止バネ、５…電磁ソレノイド、６…第２ダイヤフラム、７…背圧室、７１…連通路、８…電磁開閉弁、８１…電磁開閉弁の弁室（電磁開閉弁の弁座より上流側の流入路の部分）、８２…電磁開閉弁の弁座。

Claims

一次圧室と、二次圧室と、一次圧室と二次圧室との間の弁座とを有する弁筐と、一次圧室の弁座とは反対側の端面を閉塞する第１ダイヤフラムと、第１ダイヤフラムに連結された、弁座の二次圧室側の面に対向する弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ方向に付勢する閉止バネと、弁体に弁座から離れる開き方向への押圧力を付与すると共にこの押圧力を可変する電磁ソレノイドとを備える比例弁であって、弁体又は弁座に、弁座又は弁体に当接可能な弾性シール体が取付けられるものにおいて、
二次圧室の弁座とは反対側の端面を閉塞する、弁体に連結された第２ダイヤフラムと、第２ダイヤフラムにより二次圧室から仕切られた背圧室とが設けられ、背圧室に閉止バネが配置されると共に、背圧室に、一次圧室の上流側の流入路に介設した電磁開閉弁の弁座より上流側の流入路の部分に連通する連通路を介して一次圧が導入されるようにし、
更に、第１ダイヤフラムの有効受圧面積と第２ダイヤフラムの有効受圧面積との合計が弁体の有効受圧面積と等しくなるように設定されることを特徴とする比例弁。
前記第１ダイヤフラムの有効受圧面積と前記第２ダイヤフラムの有効受圧面積は、夫々前記弁体の有効受圧面積の半分に設定されることを特徴とする請求項１記載の比例弁。