JPH0586076U - デジタルバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デジタルバルブの開度と流量の実特性を理論
特性にできるだけ近づけたデジタルバルブを提供するこ
と。 【構成】 流入口に連通する上流側液溜りと、流出口に
連通する下流側液溜りと、前記上流液溜りと下流側液溜
りとを連通，閉塞するＮ（Ｎ≧２）個の要素弁とを有
し、第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）要素弁の流路の最小断面積を第
１要素弁の流路の最小断面積の２n-1倍としたデジタル
バルブにおいて、前記上流側液溜りと、下流側液溜りの
断面積をＮ個の要素弁の流路の断面積を和した総断面積
の２倍以上としたことを特徴とするデジタルバルブ。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、一般産業において、空気や水等の流体の流量調節を行うデジタルバ ルブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の２進デジタルバルブとしては、例えば特開昭６３−９６３６６号公報で 開示された第１図に示すものがある。このデジタルバルブは、バルブ本体１の流 入口１０に連通する上流側液溜り８と流出口11に連通する下流側液溜り９とを、 隔壁１３を介して対向配置し、上流側液溜り８と下流側液溜り９とを連通、閉塞 するＮ（Ｎ≧２、図ではＮ＝４）個の要素弁を隔壁１３に設けたものであり、要 素弁の各々は隔壁１３に設けたＮ個の貫通孔に筒体６（弁座部材）をＯリング１
２ を介してねじ螺合し、筒体６の上部に弁座部を形成し、この弁座に対向する弁体 ３をプランジャ−４の下端に取付け、プランジャ−４を下方に付勢するスプリン グ２０とプランジャ−４を駆動するソレノイドアクチュエ−タ５とを上部の駆動
機 構内に設けたものである。 以上のデジタルバルブは、一般にＮ（Ｎ≧２）個の要素弁を設け、この要素弁 の弁座部材の開口断面積比を、2⁰：2¹：2²：2N-1と２の等比数列的に構成するこ とにより分解能の高い流量制御が出来る。従って、各要素弁は開度制御すること なく、全開又は全閉のみの状態を取るＯＮ−ＯＦＦ制御がなされる。即ち所望す る流量に見合う信号を出力するコントローラーからのデジタル信号に基づき、各 要素弁のアクチュエータをＯＮ−ＯＦＦ開閉し所望流量を得ている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

この様に構成されたデジタルバルブにおいて、上流側液溜りと下流側液溜りと の差圧が低差圧である場合、例えば４５mmＡｑ程度の極めて低い差圧の場合は、 デジタルバルブは本体形状に起因する圧力損失の影響を受け、流量特性の低下を きたす。ところで前記した本体の上流側と下流側の圧力損失△Ｐは、次式で表わ される。 △Ｐ＝γＶ²ξ／（２ｇ×１０⁴） △Ｐ：圧力損失（kg／ｃｍ²）、γ：比重量（kg／ｍ³）、Ｖ：流速（ｍ／ｓ） ｇ：重力加速度（９.８ｍ／ｓ²）、ξ：抵抗係数（本体の形状で決まる定数） また流量Ｑは弁座部材の流路断面積と流速Ｖとの積、Ｑ＝ＡＶで表わされる。 以上より、圧力損失△Ｐは流速が速くなる程、又流量Ｑが多くなる程大きくなる 。従って、デジタルバルブの流入口と流出口との間の全体の差圧が一定であって も、上流側液溜り８と下流側液溜り９との間の隔壁１３に設けられた弁座流路７ の開閉状態を変化させれば、即ち流量を変化させれば、各弁座流路７の上流、下 流の前後差圧は異なってくる。例えば流量を多く流せばその弁座流路７の前後差 圧は小さくなり、流量は弁座流路７の面積に比例した量流れなくなる。その結果 、第３図に示すように、デジタルバルブの開度に対する流量は、理論特性値Ｑｔ に対し、実特性値は、開度が全開に近づくにつれ少ない流量Ｑｒしか流れず、Ｑ ｔ−Ｑｒだけ流量値に差がでるという問題があった。 一方、流量調節弁の場合、全開時のＣｖ値（流体の流れ易さを指す係数）は、 指定されたＣｖ値の±１０％以内に管理することが規格上定められている。従っ て、上記のように全開時付近で流量特性にずれがある場合、管理が非常に難しい という問題点がある。 本考案は、デジタルバルブの開度と流量の実特性を理論特性にできるだけ近づ けたデジタルバルブを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、流入口に連通する上流側液溜りと、流出口に連通する下流側液溜り と、前記上流側液溜りと下流側液溜りとを連通、閉塞するＮ（Ｎ≧２）個の要素 弁とを有し、第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）要素弁の流路の最小断面積を第１要素弁の流路 の最小断面積の２n-1倍としたデジタルバルブにおいて、前記上流側液溜りと、 下流側液溜りの断面積を、Ｎ個の要素弁の流路の断面積を和した総断面積の２倍 以上としたことを特徴とするデジタルバルブである。

【０００５】

【作用】

本考案は、上記した問題点を解決すべく、考案者が種々実験を重ねた結果、上 流側液溜りの断面積ａ₁及び下流側液溜りの断面積ａ₂と、各要素弁の弁座流路の 断面積を和した総断面積Ｔａとを一定の比率にすることによって解決できること を見出して達成されたものである。即ち、ａ₁≧２Ｔａ及びａ₂≧２Ｔａの関係に デジタルバルブを構成するものである。これによって、流速が変化する弁座部分 をはさんで、上流側及び下流側液溜りの容積を充分とることになり、この間の流 速を低下させ、安定状態にすることが出来るので、圧力損失が少なくてすむ。

【０００６】

【実施例】

本考案の実施例を以下に説明する．実施例で述べるデジタルバルブは第１図に 示した従来のデジタルバルブと同様のものを使用するので、このバルブの説明は 省略する。 第２図は実験結果を示す特性線図で、横軸に上流側液溜り断面積に対する弁座 流路の総断面積の比を示し、この値を１〜５までの間で種々変化させたものであ る。また縦軸は、デジタルバルブ全開時の流量における、理論値Ｑｔと実測値Ｑ ｒの差に対する理論値の比である。従って、この（Ｑｔ−Ｑｒ）／Ｑｔ値は０に 近似することを理想としている。また、図において、低差圧時とは、上流側と下 流側との全体の差圧を４５mmＡｑと一定にした場合であり、高差圧時とは、同じ く差圧を１0000mmＡｑと一定にした場合を示している。なお制御流体は空気を対 象にして行った。

【０００７】 第２図からわかる通り、理論特性の±１０％以内の実特性を得る為には、低差 圧時及び高差圧時と共に、横軸の値が２以上で満足していることがわかる。即ち 、上流側液溜りの断面積を、Ｎ個の要素弁の弁座流路の総断面積の２倍以上にす ると有効であることが判明した。 ただし、上記の値は２倍以上で本考案の目的を達成できるが、４倍、５倍とな ると、バルブ本体を必要以上に大型にすることになるので、実際上２〜３倍に設 定することが好ましいであろう。 また、制御流体が液体の場合は、圧縮性でないのでその点に係る圧損は減少す ると考えるので、上記より多少小さな値で（Ｑｔ−Ｑｒ）／Ｑｔ値は０に近似し てくると思われる。

【０００８】

【考案の効果】

本考案によれば、従来不充分であったデジタルバルブの流量特性を大巾に向上 し、理論特性に近い性能をもった。デジタルバルブを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】デジタルバルブの構造を示す断面図である。

【図２】本考案に基づく実験結果を示す流量特性線図で
ある。

【図３】従来のデジタルバルブの流量特性線図である。

【符号の説明】

１ バルブ本体 ２ 要素弁 ７ 弁座流路 ８ 上流側液溜り ９ 下流側液溜り １３ 隔壁

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入口に連通する上流側液溜りと、流出
   口に連通する下流側液溜りと、前記上流側液溜りと下流
   側液溜りとを連通、閉塞するＮ（Ｎ≧２）個の要素弁と
   を有し、第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）要素弁の流路の最小断面積
   を第１要素弁の流路の最小断面積の２n-1倍としたデジ
   タルバルブにおいて、前記上流側液溜りと、下流側液溜
   りの断面積を、Ｎ個の要素弁の流路の断面積を和した総
   断面積の２倍以上としたことを特徴とするデジタルバル
   ブ。
2. 【請求項２】 流入口に連通する上流側液溜りと、流出
   口に連通する下流側液溜りとを隔壁を介して対向配置
   し、前記上流側液溜りと下流側液溜りとを連通、閉塞す
   るＮ（Ｎ≧２）個の要素弁の弁座部材を前記隔壁に設
   け、第ｎ（２≦ｎ≦Ｎ）要素弁の弁座流路の最小断面積
   を第１要素弁の弁座流路の最小断面積の２n-1倍とした
   デジタルバルブにおいて、前記上流側液溜りと、下流側
   液溜りの断面積を、Ｎ個の要素弁の弁座流路の最小断面
   積を和した総断面積の２倍以上としたことを特徴とする
   デジタルバルブ。