JPH11194831A - 流量制御弁 - Google Patents

流量制御弁

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JPH11194831A
JPH11194831A JP10296269A JP29626998A JPH11194831A JP H11194831 A JPH11194831 A JP H11194831A JP 10296269 A JP10296269 A JP 10296269A JP 29626998 A JP29626998 A JP 29626998A JP H11194831 A JPH11194831 A JP H11194831A
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JP
Japan
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pressure
control valve
chamber
flow control
flow
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JP10296269A
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English (en)
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Willi Wild
ヴィルト ヴィリ
Siegfried Merz
メルツ ジークフリート
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Electrowatt Technology Innovation AG
Original Assignee
Electrowatt Technology Innovation AG
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Publication date
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
    • F24D19/1009—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating
    • F24D19/1015—Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems for central heating using a valve or valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F16K31/126—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a diaphragm, bellows, or the like
    • F16K31/1262—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a diaphragm, bellows, or the like one side of the diaphragm being spring loaded
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/005—Control of flow characterised by the use of auxiliary non-electric power combined with the use of electric means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00—Control of flow
    • G05D7/01—Control of flow without auxiliary power
    • G05D7/0106—Control of flow without auxiliary power the sensing element being a flexible member, e.g. bellows, diaphragm, capsule
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    • Y10T137/00—Fluid handling
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量制御弁の圧力調整部材が容易に移動で
き、ヒータ弁としての使用に適した流量制御弁を提供す
る。 【解決手段】 流量制御弁は、流量を調節する調節機構
として機能する第１の絞り部と、第１の絞り部前後の圧
力差を一定の値に調整する第２の絞り部を有する。第１
の絞り部は、第１の弁座５と協働する制御部材４によっ
て形成され、第２の絞り部は、第２の弁座１０と協働す
る圧力調整部材９によって形成される。制御部材４と圧
力調整部材９は同一の方向１２に移動可能で、弾性的な
ダイヤフラム１３によって結合されている。流入室１
は、圧力室１５と連通しており、流入室で得られる圧力
ｐ1を圧力調整部材へ伝達する有効面Ａ1は、両絞り部間
で得られる圧力ｐ2を圧力調整部材９へ伝達する有効面
Ａ2とほぼ等しく設定され、流体は第２の絞り部を回転
対称に貫流する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流量制御弁、さら
に詳細には、請求項１のおいて書きの部分に記載の、圧
力調整器を一体化した流量制御弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】この種の流量制御弁は、欧州特許ＥＰ６
７７７０８によれば、たとえば複数のヒータが少なくと
も１つの経路で水圧的に結合される温水暖房装置におい
て、ヒータ弁として好適に使用されている。この種の流
量制御弁によって個々のヒータは、それぞれ他のヒータ
の駆動によって圧力降下が大きくなってもそれには無関
係に、熱出力を同じにして駆動することができる。これ
は公知のように、流体の流量を制御する制御部材と、制
御部材での圧力降下を調整する圧力調整部材によって達
成される。
【０００３】請求項１のおいて書きの部分に記載された
種類の流量制御弁は、米国特許明細書ＵＳ３３４４８０
５から知られている。工業施設用に設計されたこの流量
制御弁は、圧力調整部材に作用する圧力が非対称である
という欠点を有する。というのは、弁を通って流れる流
体は不均一に、すなわち片側で排出され、さらに圧力調
整部材の開口が増大した場合には、制御部材での圧力降
下は、対応して得られる圧力を制御部材と圧力調整部材
に及ぼす力に変える面が変化することにより、もはや十
分に調整できないからである。さらに、制御部材の駆動
棒と圧力調整部材間に設けられているＯリングの形状の
シールが比較的大きい摩擦力に従って変形し、それによ
りこの弁はヒータ弁としては不適になる。
【０００４】他の流量制御弁が、欧州特許出願ＥＰ７５
１４４８から知られている。この比較的大型の弁も同様
に、ヒータ弁の使用には適していない。
【０００５】仏国特許出願ＦＲ２７４０５５４から、流
量が圧力降下にほぼ無関係な、単一の絞り部を有する弁
が知られている。しかし、定格流量を調節する調節機
構、すなわち制御部材は設けられていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上述
した種類の流量制御弁を改良して、寸法をコンパクトな
ものにし、流量制御弁の圧力調整部材が極めて容易に移
動できて圧力ヒステリシスを減少させることができ、ま
た流量制御弁がヒータ弁としての使用に適するようにす
ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を、請
求項１の特徴によって解決している。他の好ましい実施
形態が、従属請求項に記載されている。
【０００８】本発明は、流入室と、相前後して配置され
た２つの絞り部と、排出室とを有し、第１の絞り部が流
量の調節機構として用いられ、かつ第１の絞り部前後の
圧力差が第２の絞り部によって一定の値に制御できる、
流体の流量を制御する流量制御弁に関している。第１の
絞り部は、公知のように、第１の弁座と協働して流量を
制御する制御部材によって形成されており、一方、第２
の絞り部は、第２の弁座と協働して圧力差を調整する圧
力調整部材によって形成されている。
【０００９】流入室は、少なくとも一部が圧力調整部材
に作用する圧力室と連通している。それにより流体は流
入室と圧力室間を自由に循環することができる。すなわ
ち、特に圧力室では、流入室と同じ圧力が得られるよう
になる。その場合、流入室で得られる圧力を圧力調整部
材へ伝達する第１の有効面は、両絞り部間で得られる圧
力を圧力調整部材へ伝達する第２の有効面とほぼ等しく
なっている。また、圧力調整部材は、その構造が回転対
称になっていることにより、また第２の絞り部の後方の
排出室の形状が回転対称になっていることにより、流体
を回転対称に流動させることができる。
【００１０】圧力調整部材と弁ハウジングは弾性的なダ
イヤフラムによって結合されており、その場合、ダイヤ
フラムは圧力調整部材が制御部材の駆動装置側に配置さ
れている場合には、さらに制御部材とも結合されてい
る。従ってその場合には制御部材と圧力調整部材は、同
じ第１の方向に移動可能な弾性的なダイヤフラムによっ
て結合される。弾性的なダイヤフラムは、圧力調整部材
を移動できるように支持し、圧力室を密封する機能を有
する。圧力調整部材は、弁ハウジングと、駆動装置によ
って変位可能であるが、そうでない場合には不動の制御
部材との間で、ダイヤフラムによる懸架によって自由に
移動できる。その場合、ダイヤフラムは、ダイヤフラム
により圧力室が絞り部間にある空間に対して密封される
ように、制御部材ないしは制御部材を駆動する駆動ロッ
ドまたはスピンドルに固定される。それによってＯリン
グシールが省略でき、また制御部材が極めて容易に変位
できるとともに、圧力調整部材が制御部材に対してほぼ
摩擦なしに移動することが保証される。さらに、ダイヤ
フラムによって、個々の部材の移動には無関係でしかも
確実な密封が保証され、制御弁の個々の室における圧力
降下が防止される。圧力調整部材が制御部材の駆動装置
とは反対の側に配置されている場合には、圧力調整部材
はダイヤフラムによって弁ハウジングと直接結合され
る。
【００１１】圧力調整部材と制御部材は、円錐状、少な
くとも一部が円錐状に形成されており、それにより流体
にとってきわめて流れやすい形状が与えられることが保
証される。
【００１２】圧力調整部材、制御部材並びに関連する結
合部は、ダイヤフラムを介しての結合も含めて、特に各
部材に対する弁座は、次のように構成されている。すな
わち、流入室で得られる圧力を第１の方向に制御部材へ
伝達する第３の有効面が、流入室で得られる圧力を第１
の方向とは逆方向に制御部材へ伝達する第４の有効面と
ほぼ等しいように、構成される。その場合、第３の有効
面は制御部材の流入室に向いた側に、そして第４の有効
面は制御部材の圧力室に向いた側に位置している。第１
の有効面と第４の有効面の総和は、第２の有効面と第３
の有効面の総和とほぼ同じ大きさであって、その場合、
各有効面は、対応する圧力によってもたらされる力を、
図面においはｙ方向として示される第１の方向に伝達な
いしは作用させる「作用面」から得られる。
【００１３】圧力調整部材は、排出室で得られる圧力に
よって第１の方向において少なくとも一部が圧力調整部
材に作用する力が、排出室で得られる圧力によって少な
くとも一部が第１の方向とは逆方向に圧力調整部材に作
用する１つまたは複数の力に対応するように、構成され
ている。
【００１４】排出室で得られる圧力によってもたらされ
る力、ないしは流入室と圧力室で得られる圧力および絞
り部間で得られる圧力によってもたらされる力および／
または少なくとも第２の絞り部を通過する流体の流れに
よってもたらされる力は、圧力調整部材、ダイヤフラ
ム、制御部材および連結部、ガイド並びに絞り部が上述
したような形状を与えられており、また上述したように
構成されていることによって、弁内部の対応する可動部
材に対称に作用する。力が対称に作用することによっ
て、小さな組立て寸法でほぼ等しい大きさの有効面を有
する弁が実現され、ヒータ弁として使用が可能になる。
【００１５】圧力調整部材には、第２の絞り部の周囲に
おいて第１の方向に対してほぼ平行に羽根ないしリブが
配置されており、この羽根ないしリブは圧力調整部材を
摩擦を少なくして案内する機能を果たし、同時にこれら
の羽根ないしフィンによって、第１の方向に対してほぼ
平行でない方向における流体の流れを防止する液流室が
形成される。さらに、圧力調整部材の質量を増大させる
手段が設けられており、その手段は、液流室とともに、
流体が障害なく移動できまた貫流することによって発生
する圧力調整部材の揺れ動きないし共振振動を防止す
る。
【００１６】第２の絞り部は、エッジの鋭い相手片と協
働する円錐状の面によって形成されるので、面が極めて
小さいことにより、圧力調整部材に作用しベルヌーイの
法則に従う流れによってもたらされる力はかなり小さい
ものになる。制御部材はさらに、好ましくは第１の弁座
と共に第１の絞り部を形成するゴム部を有し、その場
合、ゴム部は、第１の絞り部を通る流体の流量を扇形状
に制限するシール舌片を有する。
【００１７】好ましくは制御部材は小室を有し、その小
室の体積は、全ストローク変化によってもたらされる圧
力室の体積変化の少なくとも半分の大きさであって、そ
れにより流体の交換によってストローク移動が容易にな
る。その場合、循環から発生する堆積物が圧力室に達す
ることはない。
【００１８】好ましくは弁ハウジングは流量制御弁を機
能させるためのすべての関連部品を含めて、流入室と排
出室を形成するハウジングまたはパイプに着脱可能に結
合されているので、流量制御弁はたとえば暖房パイプを
設置した後に初めて取り付けることが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、図面を用いて本発明の実施
の形態を詳細に説明する。
【００２０】図１は、本発明の原理を示すものであっ
て、図２に示す弁の理解を容易にするためのものであ
る。参照符号は相互に対応し、その場合図１には、個々
の室の対応する圧力を、図１の下部に図示されている
「圧力調整容器」ないしダイヤフラム駆動装置３６に導
く付加的な導管４１、４２と４３が図示されている。ま
た、図１の右端に示されている第１の方向１２の力にも
注意しなければならない。また、モータ３５は制御部材
４を駆動する。
【００２１】図２は、図１に示す原理を有する流量制御
弁を示すものであって、その流入室１を通ってｘ方向２
へ流れる流体が流量制御弁へ流入し、その排出室３を通
って流体は、矢印で図示したように、流量制御弁から再
び同じｘ方向２に出て行く。流入室１と排出室３間に
は、直列に接続された２つの絞り部が設けられている。
第１の絞り部は、第１の弁座５と協働して第１の調節可
能な開口部８を形成する制御部材４によって形成され
る。なお、弁座はたとえば弁ハウジング６と堅固に結合
された弁挿入片７とすることもできる。制御部材４はシ
ール部材４ａを有し、それによって開口部８は流量制御
弁が閉鎖された状態において、密閉される。第２の絞り
部は、第２の弁座１０（たとえば弁挿入片７の）と協働
して第２の調節可能な開口部１１を形成する圧力調整部
材９によって形成される。流入室内の圧力はｐ1で、両
絞り部間の圧力はｐ2で、そして排出室内の圧力はｐ3で
示されている。これらの圧力が、図１に示される導管４
１、４２、４３を通って、以下で詳しく説明するダイヤ
フラム駆動装置３６へ導かれる。
【００２２】第１の絞り部は、流量を調節する調節機構
として用いられ、第２の絞り部の機能は、第１の絞り部
前後の圧力差ｐ1−ｐ2を一定に維持することにあり、そ
れによって流量は流量制御弁の前後で得られる圧力差ｐ
1−ｐ3に無関係になる。流体は流量制御弁をｘ方向２に
流れる。制御部材４と圧力調整部材９は、ｘ方向２に対
して垂直なｙ方向１２に沿って移動することができる。
制御部材４のｙ位置によって、第１の開口８の開度、従
って流量が決まる。制御部材４は、目標値設定装置、た
とえば遠隔制御される電動モータなどの駆動装置３５ま
たはサーモスタットを利用した駆動装置によって操作さ
れる。
【００２３】圧力調整部材９は、弾性的なダイヤフラム
１３を介して制御部材４並びに弁ハウジング６に結合さ
れている。ダイヤフラム１３は、液圧駆動装置の一部で
あり、第２の弁座１０に対する圧力調整部材９の位置を
制御し、従って第２の開口１１の開度を制御する。この
制御は、ダイヤフラム１３に流入圧力ｐ1が作用すると
ともに、両絞り部間に作用する圧力ｐ2が作用すること
によって可能になる。この作用を得るために、流入室１
は制御部材４内に形成されている孔１４を介して圧力室
１５と連通しており、その圧力室がダイヤフラム１３と
圧力調整部材９に作用を及ぼす。従って圧力ｐ1は、圧
力調整部材９に負のｙ方向１２に作用する力Ｆ1を発生
させる。また、圧力ｐ2が圧力調整部材９に正のｙ方向
１２に作用する力Ｆ2を発生させる。圧力ｐ1がダイヤフ
ラム１３または圧力調整部材９に作用する有効面は、圧
力ｐ2がダイヤフラム１３または圧力調整部材９に作用
する有効面に等くなるように設定されている。従って発
生する力Ｆ1−Ｆ2は、直接圧力差ｐ1−ｐ2に比例する。
弁挿入片７と圧力調整部材９間に弾装された調整ばね１
６が、正のｙ方向１２に圧力調整部材９に作用する力Ｆ
Rを発生させる。開口１１の開度は、力Ｆ1−Ｆ2とＦRが
同じ大きさであるように、調節される。
【００２４】調整ばね１６は、圧力調整部材９と制御部
材４間に弾装することも可能であるが、弁特性がやや劣
ることを甘受しなければならない。
【００２５】圧力ｐ1がダイヤフラム１３または圧力調
整部材９に作用する有効面Ａ1は、ほぼダイヤフラム１
３の２つの頂点Ｓ1とＳ2の間でｙ方向１２に延びる弁体
の中心軸Ｂを中心に回転対称に半径方向に延びている。
圧力ｐ2がダイヤフラム１３または圧力調整部材９に作
用する有効面Ａ2は、ほぼダイヤフラム１３の頂点Ｓ1か
ら第２の弁座１０まで半径方向に延びている。従って弁
座１０と頂点Ｓ2は、ｙ方向１２にほぼ平行な軸上に位
置する。ここで注意すべきことは、頂点Ｓ1とＳ2のｙ軸
１２に対する距離は、制御部材４の位置および圧力調整
部材９の位置にやや関係することである。
【００２６】さらに、制御部材４は次のように、すなわ
ち制御部材４の上方の領域において圧力室１５の圧力ｐ
1を受け、かつ中心軸Ｂと頂点Ｓ1間でほぼ半径方向に延
びる有効面Ａ4が、第１の絞り部の直径から得られる、
ないしは中心軸Ｂから第１の弁座５に至る距離から得ら
れる有効面Ａ3にほぼ対応するように、構成されてい
る。従って制御部材４にわたって広く力の均衡が得られ
るようになるので、制御部材４を移動させるのに必要な
力が最小になり、さらに圧力調整部材９にわたっても広
く力の均衡が得られるので、排出室の圧力ｐ3とは関係
なく、第１の絞り部の流量に対して所望の圧力安定性が
得られる。
【００２７】流量制御弁全体の構造が回転対称であるこ
とによって、水は第２の絞り部を３６０°の全角度範囲
にわたって貫流するので、その結果、調整に必要な圧力
調整部材９のストロークは最小になる。従って外部の圧
力差ｐ1−ｐ3の変化によって圧力調整部材９の位置が変
化しても、ストローク変化は最小のものになり、従って
調整ばね１６によって圧力調整部材９に作用する力ＦR
の変化も最小になり、また流量を決める有効圧ｐ1−ｐ2
の変化も極めて僅かなものになる。
【００２８】弾性的なダイヤフラム１３により、制御部
材４もまた圧力調整部材９もｙ方向１２に沿って実質上
摩擦なしに移動することが可能になる。圧力調整部材９
のｙ方向におけるガイドは、弁挿入片７あるいは弁ハウ
ジング６自体と協働する羽根ないしリブ１７によって行
われる。圧力調整部材９は、好ましくはｙ方向１２に対
して平行に形成された円筒ジャケット１８を有し、その
円筒ジャケットにより各羽根１７が結合されるので、各
羽根１７間に小さい液流室が形成される。圧力調整部材
９がｘ方向２に移動すると、幾つかの液流室は、小さく
なり、他の液流室は大きくなる。しかしその場合に必要
な流体の再分布は困難である。というのは液流室により
流体のｘ方向２における流れが著しく困難になるからで
ある。このようにして圧力調整部材９の振動は、完全に
防止することはできないにしても、かなり減衰させるこ
とができる。
【００２９】圧力調整部材９上に取り付けられた、たと
えば真鍮、銅またはシールされた鉛からなるリング１９
によって、圧力調整部材９の質量は増大され、それによ
って振動があってもその振動の共振周波数を低下させる
ことができる。それによって共振周波数は、流れによっ
てもたらされる励起周波数よりも低くなる。
【００３０】圧力ｐ3は、ダイヤフラム１３にも作用
し、正のｙ方向１２において圧力調整部材９に作用する
力Ｆ3を発生させる。この力Ｆ3を補償するために、圧力
調整部材９は突出部２０を有する。その突出部に圧力ｐ
3が作用するので、圧力調整部材９には負のｙ方向１２
に向かう力Ｆ4も発生する。ここで注意すべきことは、
圧力ｐ3は第２の弁座１０の領域においても突出部２０
に作用し、同様に正のｙ方向１２に圧力調整部材９に作
用する力Ｆ5を発生させる。この突出部２０の有効面
は、圧力ｐ3がダイヤフラム１３に作用する有効面に等
しいように設定されており、これにより圧力Ｆ3、Ｆ4と
Ｆ5は相互に相殺される。これによって、排出室３内の
圧力ｐ3は、圧力調整部材９の位置に影響を与えること
はない。
【００３１】圧力調整部材９は、第２の弁座１０の領域
において円錐状の面２１を有し、その面は横断面におい
ては斜めの端縁として現れる。第２の弁座１０は鋭いエ
ッジで形成されており、その場合、エッジ２２は、第２
の絞り部が閉じた場合には、圧力調整部材９の円錐状の
面２１に円形のラインに沿って接触する。開口１１に近
くの領域では、流れに有効な横断面は最も小さくなり、
従ってそこで流体の流速は最大になる。従ってベルヌー
イの法則により、そこでの圧力は減少する。それによっ
て、開口１１の直近では、圧力ｐ2ないしｐ3ではなく、
圧力ｐ2ないしｐ3に比べて減少した圧力が圧力調整部材
９に作用する。その結果、全体として圧力調整部材９に
作用する力Ｆ2が減少する。力Ｆ2の減少は、圧力ｐ2が
圧力調整部材９に作用する面を対応して増大させること
により、一部補償することができる。
【００３２】しかし、流量制御弁の作業領域内部におけ
る力Ｆ2の減少は一定ではなく、開口１１の開度に関係
するので、流量は流量制御弁の前後で得られる圧力差ｐ
1−ｐ3に少し依存してしまう。しかし、弁座１０が上述
したように鋭いエッジで形成されているのではなく、円
錐状の面２１に対して平行に形成された面を有するとし
たら、圧力ｐ2ではなくそれより小さい圧力が圧力調整
部材９に作用する領域はさらに大きくなる。それによっ
て流量が流量制御弁前後で得られる圧力差ｐ 1−ｐ3に依
存する依存性はもっと顕著になる。
【００３３】突出部２０に作用する圧力ｐ3の流れによ
ってもたらされる減少は、力Ｆ5の減少に現れる。力Ｆ5
の減少は、流速、従って流量に関係する。この効果をで
きるだけ少なく抑えるために、突出部２０は内側のエッ
ジで形成される弁座１０を越えては半径方向にごくわず
かしか、すなわち不可避の許容誤差によって必要とされ
るだけしか延びていない。
【００３４】制御部材４の内部には小室２３が設けられ
ており、その体積は理想的な場合、全ストローク変化に
よってもたらされる圧力室１５の体積変化と少なくとも
同じ大きさ、好ましくは少なくとも半分の大きさであ
る。制御部材４あるいは圧力調整部材９がストローク移
動する場合に、圧力室１５の体積が変化し、その結果圧
力室１５と流入室１間で流体の交換が行われる。小室２
３は、多い少ないはあるが、流体の全部または少なくと
も一部を収容することができる。制御部材４のストロー
ク変化が大きい場合にのみ、圧力室１５と流入室１間で
交換が行われる。それによって圧力室１５あるいは小室
２３と圧力室１５間の孔が汚れる危険性が減少される。
【００３５】図３においては、第２の絞り部が図１また
は図２よりも拡大して図示されており、従って図３で
は、構成の詳細がさらに明瞭になっている。図３はさら
に、第１の絞り部の構成も示しており、その場合、制御
部材４には第１の弁座５と協働するゴム部２４が取り付
けられている。ゴム部２４はシール舌片２５を有し、そ
のシール舌片は図から明らかなように第１の弁座５に横
方向に添接し、それによって密封が保証される。シール
舌片２５は、図４に示すように、任意の角度ψ（たとえ
ば１２０°または２７０°とすることができる）を包囲
しており、従って第１の絞り部を通る流量を扇形状に制
限する。第１の絞り部の開口断面は、制御部材４のスト
ロークと形成される間隙開口の大きさに関係する。シー
ル舌片２５によって間隙開口の大きさ、従って流量はス
トロークの関数で減少する。この構成の利点は、流量を
制御することができる領域が下方へ拡大しており、埃や
ゴミ粒子によって詰まる危険が減少されることである。
シール舌片２５は細く形成されており、その両端部はア
ンダーカットになっている。従ってゴム部２４が万一膨
張した場合に、絞り部が完全に機能し続けることが保証
される。制御部材４がストローク変化した場合に作用す
る力が十分であって、シール舌片２５も問題なくストロ
ーク変化に追随するか、あるいは制御部材４だけがスト
ローク変化を行う。その場合にはもちろん弁座５に付着
しているシール舌片２５は変形する。シール舌片２５の
上方には比較的大きい中空室２６（図３）が設けられて
おり、それによって万一埃や石灰が堆積した場合にそれ
がゴム部２５の固着をもたらすことはあり得ない。
【００３６】シール舌片２５と第１の弁座５間の摩擦を
減少させるために、好ましくはシール舌片２５の後方に
も他の中空室３３が設けられており、その中空室によっ
てシール舌片２５の半径方向の撓みが可能になる。
【００３７】ゴム部２４は耐水性のゴムからなる。従っ
て流量制御弁を流れる媒体がオイルで汚染された場合に
は、ゴム部２４がふやけることが考えられる。それにも
関わらず上述した構成によって、流量制御弁が確実に動
作することが保証される。
【００３８】制御部材４は、手動あるいは不図示の駆動
装置によって操作することができるスピンドル２７と結
合されて、開口８を調節する。スピンドル２７は、スピ
ンドル２７のガイドと軸承に用いられる軸受部分２９に
形成された孔２８を通して案内される。圧力室１５を外
部に対して密封するために、Ｏリング３０が用いられ
る。図５は、孔２８の横断面を示している。孔２８は円
形ではなく、円形の形状から半径方向に外側へ向いた凹
部３１を有するので、スピンドル２７と軸受部分２９と
の間には多数の間隙が形成され、その間隙を通して流
体、通常は暖房水が軸受部分２９の両側間で常時自由に
循環することができる。それによって孔２８内で固体成
分が晶出して、スピンドル２７が固着してしまうのを防
止することができる。それにもかかわらず孔２８は、孔
が円形のときと同様にスピンドル２７を問題なくガイド
できるように、構成されている。制御部材４（図１）が
正のｙ方向１２へのスピンドル２７の移動に遅れなく追
従できるようにするために、制御部材４と弁ハウジング
６との間には、公知のように、制御部材４に正のｙ方向
１２に作用する力を発生させる第２のばねが弾装されて
いる。
【００３９】図６は、ラジエータの配管３２に簡単に組
み込むのに適した流量制御弁の実施形態を示している。
この弁においては温水の供給と排出は、制御部材４と圧
力調整部材９が移動可能な方向１２に沿って同軸に行わ
れる。この図は、この実施形態において異なる２つの変
形例を示している。制御部材４には、シール部材４ａが
取り付けられており、そのシール部材は制御弁を確実に
密封するために使用されるとともに、そのシール部材に
は流体の流量を扇形状に調整するためのシール舌片２５
が選択的に設けられる。スピンドル２７の上方の領域は
パッキング部３７によって、またスピンドル２７をガイ
ドし軸承する図５に示した孔２８によって案内される。
Ｏリング３０が故障した場合、あるいはシールされなく
なった場合には、パッキング部３７を、他の２つのＯリ
ング３０と４０によって確実に制御弁を密封するサービ
スパッキング部３８と取り替えることができる。それに
よって、故障したＯリング３０を交換するために、制御
弁を取り外して解体する必要がなくなる。
【００４０】図７は、本発明に基づく流量制御弁の他の
実施形態を示すものであって、この例では、制御部材４
を駆動する駆動装置（不図示）は、制御部材４の圧力調
整部材９とは反対の側に配置されている。それによって
制御弁は構造がより簡単なものになる。というのは、駆
動装置、たとえばスピンドル２７は、もはや圧力調整部
材９と圧力室１５を通して案内する必要がなく、従って
圧力室１５と絞り部間にある空間との間の上述した密封
問題が必要なくなるからである。
【００４１】この実施形態でも、ｘ方向２に流れる流体
が流量制御弁へ流入する流入室１と、流体が流量制御弁
から同じｘ方向２に再び出て行く排出室３が図示されて
いる。流入室１と排出室３間には、同様に上述した、前
後して直列に配置された２つの絞り部が設けられてい
る。第１の絞り部は、第１の弁座５と協働する制御部材
４によって形成されている。第２の絞り部は、弁挿入片
７の第２の弁座１０と協働する圧力調整部材９によって
形成される。流入室の圧力がｐ1で、両絞り部間の圧力
がｐ2で、そして排出室の圧力がｐ3で示されている。
【００４２】圧力調整部材９は、弾性的なダイヤフラム
１３を介して弁ハウジング６と結合されている。両絞り
部間に作用する圧力の制御は、この実施形態でも、ダイ
ヤフラム１３に流入圧力ｐ1が作用するとともに、両絞
り部間の圧力ｐ2が作用することによって可能になる。
この効果を得るために、流入室１は弁ハウジング内に形
成された孔３４を介して圧力室１５と連通しており、そ
の圧力室によってダイヤフラム１３と圧力調整部材９に
圧力が作用するようになる。従って圧力ｐ1は、圧力調
整部材９に負のｙ方向１２に作用する力Ｆ1を発生させ
る。また、圧力ｐ2は圧力調整部材９に正のｙ方向１２
に作用する力Ｆ2を発生させる。圧力ｐ1がダイヤフラム
１３または圧力調整部材９に作用する有効面Ａ1は、圧
力ｐ2がダイヤフラム１３または圧力調整部材９に作用
する有効面Ａ2に等しく設定される。したがって発生す
る力Ｆ1−Ｆ2は、圧力差ｐ1−ｐ2に直接比例する。弁挿
入片７と圧力調整部材９間に弾装された調整ばね１６は
正のｙ方向１２に圧力調整部材９に作用する力ＦRを発
生させる。開口１１の開度は、力Ｆ1−Ｆ2がＦRと等し
い大きさであるように、従って図１で原理を説明したと
きと同様に、調節される。
【００４３】圧力ｐ1がダイヤフラム１３に、あるいは
圧力調整部材９に作用する有効面Ａ1は、ほぼ２つの頂
点Ｓ1とＳ2の間で半径方向に延びている。
【００４４】流量制御弁全体が回転対称の構造であるこ
とによって、水が第２の絞り部を３６０°の全角度範囲
にわたって貫流するので、その結果制御に必要な圧力調
整部材９のストロークは最小になる。従って外部の圧力
差ｐ1−ｐ3の変化によって圧力調整部材９の位置が変化
しても、ストローク変化はわずかで最小なものになり、
また調節ばね１６から圧力調整部材９へ加えられる力Ｆ
Rの変化もわずかで最小であり、従って流量を決定する
有効圧ｐ1−ｐ2の変化はごくわずかなものになる。
【００４５】ｙ方向における圧力調整部材９のガイド
は、同様に弁挿入片７と協働する羽根ないしリブ１７に
よって確実に行われるとともに、さらに羽根ないしリブ
または単純に圧力調整部材９の他方の端部に設けられた
円筒状の突出部で、弁ハウジング６の切欠きに嵌入し
て、そこでほぼ摩擦なしで、流体により洗われて、軸承
される突出部によって行われる。
【００４６】圧力調整部材９上に取り付けられた、たと
えば真鍮、銅またはシールされた鉛からなるリング１９
によって、圧力調整部材９の質量が増大され、振動があ
ってもその共振周波数は低下される。それによって共振
周波数は、液流によって発生する励起周波数よりも低く
なる。
【００４７】圧力ｐ3は、ダイヤフラム１３にも作用
し、正のｙ方向１２において圧力調整部材９に作用する
力Ｆ3を発生させる。この力Ｆ3を補償するために、圧力
調整部材９は突出部２０を有し、すでに説明したよう
に、この突出部において圧力ｐ3によってこの力が相殺
される。
【００４８】図７に示すこの実施形態は特に、わずかな
奥行きしか必要としない暖房装置に適している。これ
は、たとえば、熱交換機にとって好ましいものである。
この実施形態でも、制御部材４の駆動がたとえばアング
ル伝達機構によって側方に行われる場合、あるいは電磁
駆動装置が使用される場合には、（図６に第１の制御弁
について示されているように）流体を垂直に供給するこ
とが可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、圧力
調整部材が容易に変位でき、また流体を回転対称に流動
させることができ、制御弁前後の圧力が変動しても流量
を所定量に調整できる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す原理図である。
【図２】２つの絞り部を有する流量制御弁の断面図であ
る。
【図３】第１の絞り部の具体的な実施形態を示す断面図
である。
【図４】第１の絞り部の一部を示す横断面図である。
【図５】スピンドルを軸承するための孔を示す横断面図
である。
【図６】ラジエータ配管機構に容易に組み込むのに適し
た流量制御弁の断面図である。
【図７】２つの絞り部を有する流量制御弁の他の実施形
態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 流入室 ３ 排出室 ４ 制御部材 ５ 弁座 ６ 弁ハウジング ９ 圧力調整部材 １０ 弁座 １３ ダイヤフラム
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１０年１１月１３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流入室（１）と、相前後して配置された
    ２つの絞り部と、排出室（３）とを有し、第１の絞り部
    が流量の調節機構として用いられ、かつ第１の絞り部前
    後の圧力差（ｐ1−ｐ2）が第２の絞り部によって一定の
    値に制御される、流体の流量を制御する流量制御弁であ
    って、 前記第１の絞り部が、第１の弁座（５）と協働する制御
    部材（４）によって形成されており、 前記第２の絞り部が、第２の弁座（１０）と協働する圧
    力調整部材（９）によって形成されており、 流入室（１）が、少なくとも一部が圧力調整部材（９）
    に作用する圧力室（１５）と接続されている、 流量制御弁において、 流入室（１）で得られる圧力（ｐ1）を圧力調整部材
    （９）へ伝達する第１の有効面（Ａ1）が、前記両絞り
    部間で得られる圧力（ｐ2）を圧力調整部材（９）へ伝
    達する第２の有効面（Ａ2）とほぼ等しく、かつ圧力調
    整部材（９）により流体が回転対称に流れることができ
    ることを特徴とする流量制御弁。
  2. 【請求項２】 圧力調整部材（９）と弁ハウジング
    （６）が弾性的なダイヤフラム（１３）によって結合さ
    れていることを特徴とする請求項１に記載の流量制御
    弁。
  3. 【請求項３】 流入室（１）で得られる圧力（ｐ1）を
    第１の方向（１２）に制御部材（４）へ伝達する第３の
    有効面（Ａ3）が、流入室（１）で得られる圧力（ｐ1）
    を第１の方向（１２）と逆方向に制御部材（４）へ伝達
    する第４の有効面（Ａ4）とほぼ等しいことを特徴とす
    る請求項１または２に記載の流量制御弁。
  4. 【請求項４】 第３の有効面（Ａ3）が、制御部材
    （４）の流入室（１）に向いた側に、また第４の有効面
    （Ａ4）が制御部材（４）の圧力室（１５）に向いた側
    に位置していることを特徴とする請求項３に記載の流量
    制御弁。
  5. 【請求項５】 第１の有効面（Ａ1）と第４の有効面
    （Ａ4）の総和が、第２の有効面（Ａ2）と第３の有効面
    （Ａ3）の総和とほぼ同じ大きさであることを特徴とす
    る請求項１から４までのいずれか１項に記載の流量制御
    弁。
  6. 【請求項６】 制御部材（４）と圧力調整部材（９）が
    弾性的なダイヤフラム（１３）によって結合され、同じ
    第１の方向（１２）に移動できることを特徴とする請求
    項１から５までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  7. 【請求項７】 弾性的なダイヤフラム（１３）が、圧力
    調整部材（９）を移動できるように支持し、かつ圧力室
    （１５）を密封する機能を有することを特徴とする請求
    項１から６までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  8. 【請求項８】 圧力調整部材（９）は、排出室（３）で
    得られる圧力（ｐ3）により少なくとも一部が第１の方
    向（１２）において圧力調整部材（９）に作用する力
    （Ｆ3）が、排出室（３）で得られる圧力（ｐ3）により
    少なくとも一部が第１の方向（１２）とは逆方向に圧力
    調整部材（９）に作用する力（Ｆ4、Ｆ5）に対応するよ
    うに、構成されていることを特徴とする請求項１から７
    までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  9. 【請求項９】 排出室（３）で得られる圧力（ｐ3）、
    流入室（１）と圧力室（１５）で得られる圧力（ｐ1）
    並びに両絞り部間で得られる圧力（ｐ2）によってもた
    らされる力、および／または少なくとも第２の絞り部を
    通る流体の流れによってもたらされる力（Ｆ1−Ｆ5）
    が、圧力調整部材（９）と制御部材（４）に対称に作用
    することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１
    項に記載の流量制御弁。
  10. 【請求項１０】 圧力調整部材（９）の第２の絞り部の
    周囲には、第１の方向（１２）に対してほぼ平行に配置
    された羽根（１７）によって液流室が形成され、その液
    流室によって第１の方向（１２）に対してほぼ平行でな
    い方向への流体の流れが防止されることを特徴とする請
    求項１から９までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  11. 【請求項１１】 圧力調整部材（９）の質量を増大させ
    る手段（１９）が設けられていることを特徴とする請求
    項１から１０までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  12. 【請求項１２】 第２の絞り部（９、１０）が、エッジ
    の鋭い相手片と協働する円錐状の面によって形成されて
    おり、それによってベルヌーイの法則に従う流れによっ
    てもたらされる、圧力調整部材（９）に作用する圧力の
    減少が僅かになることを特徴とする請求項１から１１ま
    でのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  13. 【請求項１３】 制御部材（４）が、第１の弁座（５）
    と共に第１の絞り部を形成するゴム部（２４）を有し、
    そのゴム部（２４）は、第１の絞り部を通る流体の流量
    を扇形状に制限するシール舌片（２５）を有することを
    特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載
    の流量制御弁。
  14. 【請求項１４】 シール舌片（２５）は、汚れや膨張に
    よって流体の流れが損なわれることのないように、柔軟
    に形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の
    流量制御弁。
  15. 【請求項１５】 制御部材（４）が小室（２３）を有
    し、その小室の体積が、全ストローク変化によってもた
    らされる圧力室（１５）の体積変化の少なくとも半分の
    大きさであることを特徴とする請求項１から１４までの
    いずれか１項に記載の流量制御弁。
  16. 【請求項１６】 制御部材（４）が手動で、あるいは駆
    動装置によって操作されるスピンドル（２７）と結合さ
    れており、スピンドル（２７）は軸受部分（２９）の孔
    （２８）を通して案内されており、その孔（２８）が非
    円形であることを特徴とする請求項１から１５までのい
    ずれか１項に記載の流量制御弁。
  17. 【請求項１７】 スピンドル（２７）の上方の端部に、
    圧力室（１５）の外側を密封するサービスパッキング部
    （３８）が挿入されることを特徴とする請求項１から１
    ６までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  18. 【請求項１８】 第１の弁座（５）と第２の弁座（１
    ０）が、弁ハウジング（６）と堅固に結合された弁挿入
    片（７）によって形成されていることを特徴とする請求
    項１から１７までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
  19. 【請求項１９】 弁ハウジング（６）が、流入室（１）
    と排出室（３）を形成するハウジングまたはパイプと着
    脱可能に結合されていることを特徴とする請求項１から
    １８までのいずれか１項に記載の流量制御弁。
JP10296269A 1997-10-20 1998-10-19 流量制御弁 Pending JPH11194831A (ja)

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CH97118122.7 1997-10-20
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