JP4191644B2 - ガス比例制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、例えばガスバーナへのガス供給管に介設され、ガスバーナへのガス供給量を増減制御するガス比例制御弁に関する。

ガスバーナへ供給するガス量を小流量から大流量まで制御する場合、１つの流量制御弁機構で制御しようとすると、大流量時に対応するため弁体を大きくしなければならないので小流量側の制御を安定して正確に行うことが難しくなる。

そこで、小流量領域での制御を行う小流量制御弁機構と大流量領域での制御を行う大流量制御弁機構とを並列に設けると共に、大流量制御弁機構の下流に電磁開閉弁を設け、小流量の流量制御する際にはこの電磁開閉弁を閉弁させて小流量制御弁機構のみで流量制御を行うようにしたガス比例制御弁が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、大流量の流量制御を行う流量制御弁機構と、一定の小流量を流す定流量機構とを設け、流量制御弁機構が閉弁した状態で定流量機構を用いて一定の小流量を確保するようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開昭５８−３７３８３号公報（第１図） 特公平７−１１３４３２号公報（第２図）

上記特許文献１に記載されたものでは、小流量から大流量に至るまでガスの流量を安定して比例制御することはできるものの、小流量制御弁機構および大流量制御弁機構を開閉するアクチュエータのほかに、大流量制御弁機構の下流に電磁開閉弁を設けなければならず、ガス比例制御弁全体が大型化するという問題が生じる。

これに対して上記特許文献２に記載のものでは電磁開閉弁を用いないので、ガス比例制御弁全体が大型化することはないが、小流量領域での比例制御をすることができず、流量制御弁機構が閉弁したあとは一定の小流量を確保するにすぎない。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、電磁開閉弁等の別途の機構を用いることなく小流量から大流量に至るまで安定して比例制御することできるガス比例制御弁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比例制御弁は、往復移動自在の可動子を備え、この可動子の往動方向の移動に伴ってガスの流量を増加させる流量制御弁機構を備えたガス比例制御弁において、可動子の移動開始位置からの往動に伴ってガスの流量を小流量領域で増加させる小流量制御弁機構と、可動子の移動に伴ってガスの流量を大流量領域で増加させる少なくとも１つの大流量制御弁機構と、可動子の往動方向への移動量が所定の移動量に達した時点で、小流量制御弁機構の一部が大流量制御弁機構に当接して小流量制御弁機構を通過するガス流を可動子の移動によって停止させる停止手段とを備え、可動子の往動方向への移動量が上記所定の移動量を超えた状態では可動子の往動を小流量制御弁機構を介して大流量制御弁機構に伝達し、大流量制御弁機構によってガス流量を増加させることを特徴とする。

可動子が往動方向への移動を開始すると、最初に小流量制御弁機構が開弁して可動子の移動量に対応してガス流量を比例制御する。可動子の移動量が所定量に達すると、電磁開閉弁等の別途の機構を用いることなく可動子の移動によって小流量制御弁機構に対するガス流が停止される。これにより小流量制御弁機構の機能が停止する。可動子がさらに往動方向へ移動すると、小流量制御弁機構に代わって大流量領域での制御を行う大流量制御機構が開弁するので、ガス流はこの大流量制御弁機構によって引き続き比例制御される。

ところで、上記大流量制御弁機構は可動子によって移動される弁体を備えており、上記小流量制御弁機構は大流量制御弁機構の弁体に取り付けられるように構成すればガス比例制御弁全体をさらに小型化することができる。

なお、上記小流量制御弁機構は可動子によって移動される弁体を備えており、可動子の往動方向への移動量が上記所定の移動量に達した時点で、この弁体がガス流路を閉塞してガス流を停止させる停止手段として機能させてもよい。

上記小流量制御弁機構および大流量制御弁機構は共にダイアフラム式のガバナ機構を備えており、両流量制御弁機構で用いるダイアフラムを一部材で構成することにより部品点数を減少させることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明は、小流量制御弁機構と大流量比例制御弁機構とを備え、さらに可動子の移動によってガス流を停止させる停止手段を有するので、ガス比例制御弁全体の大きさを大型化することなく、小流量から大流量に至るまで正確にかつ安定して比例制御することができる。

図１を参照して、１は本発明によるガス比例制御弁である。このガス比例制御弁１は小流量比例制御弁機構を構成する小弁体２と、大流量比例制御弁機構を構成する大弁体３とを有している。小弁体２は大弁体３の内部に収納されており、大弁体３内に固定された固定板７との間に縮設されたバネ２１によって上方に付勢されている。また、大弁体３は底板１Ｂとの間に縮設されたバネ３１によって上方に付勢されている。

このガス比例制御弁１はガス流入口１１から流入するガスを比例制御してガス流出口１２から流出させるものである。図１に示す状態では、小弁体２および大弁体３は共に上端位置である閉弁位置にあり、従って、ガス流出口１２からガスが流出されない状態である。

ガス比例制御弁１の上部にはアクチュエータ４が取り付けられている。このアクチュエータは中央部分に上下方向に往復道自在な可動子４１を有しており、この可動子４１を囲繞する駆動コイル４２に通電されることにより可動子４１を下方へ往動させる電磁力が発生し、可動子４１は下方へと移動するものである。なお、可動子４１を下方へ往動させる電磁力は駆動コイル４２に供給されるパルス電力のデューティ比を変化することにより自在に調整することができる。

図２を参照して、駆動コイル４２へ通電を開始すると可動子４１は下方への往動を開始する。可動子４１の下端は小弁体２の上端部２１ａに当接しており、可動子４１を下方へ往動させる電磁力が発生しバネ２１の付勢力とガスの１次圧がダイアフラム５１を押し上げる力との合力より大きくなると、小弁体２は下方へと移動される。なお、大弁体３を上方へ付勢するバネ３１の付勢力はバネ２１の付勢力より大きくなるように設定しているので、小弁体２が下方へ移動してもこの状態では大弁体３は下方に移動しない。なお、ガスの１次圧は両ダイアフラム５１，５２に作用するので、ダイアフラム５２の面積がダイアフラム５１より大きければ、必ずしもバネ２１，３１の付勢力がなくても大弁体３は下方に移動することはない。

小弁体２が下方に移動すると小弁体２に環状に取り付けたゴム製の弁パッキン２２が、大弁体３の内周に形成した弁座３０から離れる。すると、大弁体３に形成した通気口３ａを介して大弁体３内に流入したガスが、小弁体２と弁座３０との間に生じた隙間を通って弁座３０より下方に流れる。

上記固定板７の中央にはガス通路７１が形成されているので、小弁体２と弁座３０との隙間を通ったガスは小弁体２の下端を回り込み、このガス通路７１を通って大弁体３の内部に流れ、さらにガス流出口１２から図外のガスバーナへと流出する。小弁体２と弁座３０との間の隙間は可動子４１の下方への往動移動量に比例して拡がり、その隙間を通過するガス流量も比例して増加する。

小弁体２の位置は可動子４１に作用する下方への電磁力とバネ２１の付勢力およびダイアフラム５１に作用する力の合力とが釣り合う位置で停止する。５１はゴムの薄膜からなるダイアフラムであり、ガス流入口１１から流入するガスの１次圧が変動し、例えば１次圧が上昇すると、このダイアフラム５１が１次圧の圧力上昇を受けて小弁体２を上方へ引き上げるガバナとして機能する。すると、小弁体２と弁座３０との隙間が減少してガス流出口１２から流出する２次圧が変動せず一定に保たれる。

固定板７の上面には停止手段を構成するパッキン７２が取り付けられている。可動子４１が図２に示す状態からさらに下方へと往動すると、図３に示すように小弁体２の下端がこのパッキン７２に押接される。すると、小弁体２と弁座３０との間に隙間が形成されていても、この隙間を通ってガス流出口１２へと流れるガス流が停止される。

また、この状態では可動子４１の下端は大弁体３の上部に連結されている座金６に当接する。従って、可動子４１がさらに下方へ往動すると、小弁体２の下端をパッキン７２に当接させたままの状態で、座金６を介して大弁体３を下方へ押し下げることになる。

図４を参照して、大弁体３の外周に取り付けたゴム製の弁パッキン３２は閉弁状態では弁座１０に当接しているが、大弁体３がバネ３１の付勢力とダイアフラム５２に作用する押し上げ力とに抗して下方へ押し下げられると、弁パッキン３２が弁座１０から離れ、大弁体３と弁座１０との間に隙間が生じる。するとガス流入口１１から流入したガスは、大弁体３と弁座１０との間に生じた隙間を通ってガス流出口１２へと流れ、ガス流出口１２から流出する。このガス流量は大弁体３と弁座１０との間の隙間の大きさに比例するので、可動子４１の下方への往動移動量が増加するに伴って、大弁体３と弁座１０との間を通るガス流量が増加する。

なお、この状態では大弁体３は可動子４１に作用する下方への電磁力とバネ３１の付勢力およびダイアフラム５２に作用する押し上げ力とが釣り合う位置に停止している。そのため、ダイアフラム５２がガバナとして機能し、１次圧が変動しても大弁体３と弁座１０との間の隙間の大きさが自動的に調節され、２次圧が変動しない。

ところで、上述のように大弁体３の外周にゴム製の弁パッキン３２を取り付けたので、大弁体３が弁座１０に着座している状態では、弁パッキン３２と弁座１０との間の気密が確実に保たれる。そのため、小弁体２が開弁している状態で、大弁体３と弁座１０との間にガス漏れが生じないので、ダイアフラム５１によるガバナ特性が確実に発揮される。

ところで、小流量制御弁機構でガバナ機能を発揮するダイアフラム５１と大流量制御弁機構用のダイアフラム５２とは、図５に示すように、ダイアフラム体５として両者を一体に形成した。

図６を参照して、同図において、Ｓは可動子４１の往動に伴って小弁体２と弁座３０との隙間を通過するガス流量の変化を示しており、Ｌは大弁体３と弁座１０との隙間を通過するガス流量の変化を示している。

可動子４１が移動開始位置から往動を開始すると、曲線Ｓに沿ってガス流量が増加する。ポイントＰ１に到達すると可動子４１の位置を一気に往動させ、曲線Ｌ上のポイントＰ２に移動させる。すなわち、この時点で小弁体２がパッキン７２に当接し、ガスが大弁体３と弁座１０との間を通る状態に切り替えられる。

ガス流量を増加させる場合には、さらに可動子４１を往動させるが、ガス流量を減少させる場合にはポイントＰ２を通過してポイントＰ３までは大弁体３と弁座１０との間を通してガスを供給し、それ以上ガス流量を減少させる際には、可動子４１を一気に引き上げてポイントＰ４に移行させるようにした。このように、小流量制御弁機構と大流量制御弁機構との間での切り替えにヒステリシスを設けたので、切り替え時でのチャタリングの発生が防止される。

ところで、上記の形態では小弁体２と大弁体３との２つの弁体を用いて、各々が制御する流量領域を小流量領域と大流量領域との２つに分けたが、３つ以上の領域に分けて１つの弁体が制御する流量領域をさらに細分化してもよい。例えば、図７に示すように、小流量領域から大流量領域にかけて、順次第１弁体８１，第２弁体８２，第３弁体８３，第４弁体８４が開弁するように構成して、各弁体が担当する流量領域を４つに細分化することができる。なお、この図７に示した構成も例示であり、３つの流量領域に分けてもよく、あるいは５つ以上の流量領域に、さらに細分化することも可能である。

また、上述のアクチュエータ４では磁性体からなる可動子４１を用いたが、図８に示すようなリニアアクチュエータを用いてもよい。このものでは、コアとなる磁性体からなる可動子９に所定の間隔を設けてＮ極９１とＳ極９２とを設けると共に、これらＮ極９１とＳ極９２とに対向する磁極９４，９５とこの磁極９４，９５を励磁する電磁コイル９３とを備えている。そして、図示の状態で磁極９４をＳ極に励磁し、磁極９５をＮ極に励磁する方向に電流を電磁コイル９３に通電することにより可動子９を下方へ付勢することができる。

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 小弁体の詳細を示す図 停止手段の作動状態を示す図 大弁体の開弁状態を示す図 ダイアフラム体の構成を示す図 流量変化を示すグラフ 他の弁体の構成を示す図 アクチュエータの他の構成を示す図

符号の説明

１ ガス比例制御弁
２ 小弁体
３ 大弁体
５ ダイアフラム体
１０ 弁座
１１ ガス流入口
１２ ガス流出口
２１ バネ
３０ 弁座
４１ 可動子
５１ ダイアフラム
５２ ダイアフラム
７２ パッキン

Claims (4)

1. 往復移動自在の可動子を備え、この可動子の往動方向の移動に伴ってガスの流量を増加させる流量制御弁機構を備えたガス比例制御弁において、可動子の移動開始位置からの往動に伴ってガスの流量を小流量領域で増加させる小流量制御弁機構と、可動子の移動に伴ってガスの流量を大流量領域で増加させる少なくとも１つの大流量制御弁機構と、可動子の往動方向への移動量が所定の移動量に達した時点で、小流量制御弁機構の一部が大流量制御弁機構に当接して小流量制御弁機構を通過するガス流を可動子の移動によって停止させる停止手段とを備え、可動子の往動方向への移動量が上記所定の移動量を超えた状態では可動子の往動を小流量制御弁機構を介して大流量制御弁機構に伝達し、大流量制御弁機構によってガス流量を増加させることを特徴とするガス比例制御弁。
2. 上記大流量制御弁機構は可動子によって移動される弁体を備えており、上記小流量制御弁機構は大流量制御弁機構の弁体に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載のガス比例制御弁。
3. 上記小流量制御弁機構は可動子によって移動される弁体を備えており、可動子の往動方向への移動量が上記所定の移動量に達した時点で、この弁体がガス流路を閉塞してガス流を停止させる停止手段として機能することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス比例制御弁。
4. 上記小流量制御弁機構および大流量制御弁機構は共にダイアフラム式のガバナ機構を備えており、両流量制御弁機構で用いるダイアフラムを一部材で構成したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のガス比例制御弁。
   

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