JPS5834713B2 - 流量比例制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は弁の開度により流体の流量を制御する流量比例
制御弁に関するものである。

従来例の構成とその問題点 最近ガス等の流体の流量を制御する流量比例制御弁が開
発されているが、例えばこの比例制御弁を応用してガス
バーナへのガス供給量を制御する場合においては、ガス
バーナの特性からガス流量がある流量以下になると不完
全燃焼やバツクファイア等が発生するためこの流量以下
に絞ることのない構成の弁が要求された。

このため比例弁と並列にバーナが不完全燃焼しない限界
の最少ガス流量（以下最少流量と呼ぶ）を流すバイパス
を設けてこの流量以下には絞らない手段、あるいは比例
弁を駆動する信号が最少流量になる値になった時に弁を
急激に間服させてガスを遮断するもの等々が考えられて
いたが、これ等の手段には動作の信頼性等に問題があっ
た。

従来例として第１図ｔこ示す構成（特開昭５１−１１８
１２３号）が存在する。

この例では、内弁座１の下部をダイヤフラム２で支持し
、固定された針弁座３の内部に上下動自在な筒状の内弁
座１を設け、この内弁座１の下部をダイヤフラム２で上
下動自在に支持し、上記内弁座１および上記針弁座３の
上端にプランジャ４に設けられた弁５が当接するように
形成しである。

また上記内弁座１の側面にバイパス孔６が存在する。

この構成の動作は、まず、弁５が内弁座１および針弁座
３の両方に当接している状態では、ガス通過は完全に遮
断されている。

次に電磁コイルに電流が流れ始めるとプランジャ４は弁
５とともに上昇を開始する。

このとき内弁座１の下端つば部が針弁座３に当接するま
では、内弁座１は上方に付勢しているスプリング（図示
せず）の力で弁５とともに上端開口部を密閉したままの
状態で上昇する。

すると、このとき弁５と針弁座３との間に隙間が生じ、
ガスは内弁座１のバイパス孔６のみを通り流入する。

この状態がガスの最小流量確保の状態（第２図Ａ）であ
り、流量はバイパス孔６の径により決定される。

さらに、プランジャ４が弁５とともに電流の増大により
上昇すると、弁５は内弁座１からも離れるので、ガスは
バイパス孔６のみならず、内弁座１の内部を通過する。

このとき電流値の変化に応じて、弁５は内弁座１の上端
部との間の距離が変化し、これにより比例制御が可能と
なる（第２図Ｂ）。

この状態で連続して使用されるわけであるが、被加熱物
の温度が高くなるとそれに検知して電流値が変化し、弁
５を下げ、燃焼量を絞る。

さらに降下して弁５が内弁座１の上端部に当接しようと
する瞬間、内弁座１の上流側はガス圧がそのまま加わっ
て大きい圧力であるのに対し、下流側はバイパス孔６を
通るガスのみとなり圧力が小さくなり、弾性力に打ち勝
って瞬間的にダイヤフラム２は両者の差圧で押し下げら
れる。

一方弁５はコイルの力でその位置にとどまるので、内弁
座１と弁５との間に再び隙間が生じ、本来、ガス量を少
なくしなければならないのに、多量のガスが入りこみ、
燃焼量が増大して温度を上げる。

そのため温度センサー出力によりまた弁５は閉止方向に
移動するが、また内弁座１は下方へ逃げる。

上述と同じ動作をくりかえす（第２図Ｃ）。

よって被加熱物の温度は高くなりすぎ、ついには温度が
高くなりすぎたことを検知した温度センサーの出力によ
り弁５は降下して針弁座３と接続して全閉状態となるも
のである（第２図Ｄ）。

上述の異常動作はガス圧によっても条件が変化するが、
第２図に示すように、正常な特性が実線で示されるのに
対し、この例では流量の非比例域を連続的に繰り返えす
Ｃ領域の平均流量は実質的に破線で示す特性となり、特
性がたまってしまう結果、正常な比例域（実線）と特性
の傾斜が異なり、所望の比例動作が得られず、実質的な
比例域はＥ領域となってきわめて狭くなり、実用上適さ
ないものとなる。

しかも最小流量を一定に確保することも実際上不可能で
ある。

このように弁が内弁座に接近して以後、弁が下降しても
制御流量がある流量から減少せず、いつまでも湯が沸き
続ける状態になってしまう。

よって本来比例制御できる領域よりも狭い領域しか比例
制御できず、使用範囲の狭いものであった。

発明の技術的課題 本発明の技術的課題は、内弁座内を通過するガス流路が
絞られたときの一次圧（ガス入口側）と二次圧（ガス出
口側）の差圧によって内弁座に作用する力をバランスさ
せて、上記両圧力の差によって内弁座が変位することを
防ぐことにある。

発明の技術的手段 上記技術的課題を解決するために講じた技術的手段は次
のとおりである。

イ、プランジャにより上下する弁が当接する筒状の弁座
の下部に底を設け、 口、筒状の内弁座と針弁座との間の空間を上下二つのダ
イヤフラムによって仕切って上・中・下の三基に区分し
、 ハ 上記中室を絞り孔を介して上記上室と連通させると
ともに下室を通路を介して王室に連通させ、 二、筒状内弁座に側部開口を設けて上記側部開口を介し
てその内部を上記中室と連通させることである。

技術的手段の作用 上記技術的手段は次のように作用する。

すなわち、弁が針弁座および内弁座と当接しているとき
はガスが遮断状態である。

次に弁が上昇し、スプリングの付勢力によって内弁座と
は弁が接しているものの、針弁座に離れている状態では
、針弁座と内弁座との間の隙間かから燃焼に必要な最小
流量のガスを流す。

さらに弁が上昇すると、弁は内弁座および針弁座の両方
から離れ、外部からの信号に応じて弁はプランジャによ
り上下動し、比例動作を行う。

比例動作状態にあって、外部信号により弁が徐徐に下降
してくると弁と内弁座との間の間隙が狭くなっても上室
と中室との圧力差にまり内弁座が押し下けられない。

なぜならば、王室と下室とが通路を介して連通されてい
るので、常に画室は同圧であって、中室に対し下からも
圧力を加えているからである。

このように圧力差が相殺して、内弁座は比例制御域をは
ずれて変位しないものである。

発明の効果 下室に上室の圧力を加えるのではなく、弁の上流側の一
次圧を直接下室に加える構成も考えられるが、この構成
では通常の比例動作中は問題ないものの、弁が絞りこま
れたときにも大きい一次圧が下室にかかり、内弁座が下
方から上方へ押し上げられる結果となり、確実な閉止に
不安が残るものである。

また−次圧で弁を内弁座により下から押しているため、
弁が変形し、絞り込んだとき流量特性がかわる恐れがあ
る。

これに対し、本発明のものは、閉止、最小流量、比例の
三動作が安定しているものである。

技術的手段の具体例を示す実施例 次に本発明の実施例を第３図以下に示す。

第３図において、電磁コイル６の発生する電磁力に応じ
て比例的？・こ上下動するプランジャ１の一端にゴム製
の弁８が遊着されている。

弁８は外弁座９に対向する様装置されていて通常（コイ
ルに電流を通じていない時）は板バネ１０により上記弁
座９に押圧されている。

外弁座９の内部にはダイヤフラム１１，１２で支持され
、スプリング１３により常に上方へ附勢され上下移動可
能な筒状の内弁座１４を上端に有し、中間部に中室りと
連通する側部間とを有し、内部がガスの主通路となる筒
状体１５を有する。

弁ボディ２１には流入口１６、流出口１１のほかに上室
Ｂの背圧を下室Ｃへ導くための背圧導通路１８および上
室Ｂ１下室Ｃと中室りとを連通ずる流量規制孔１９が配
置されている。

次にこの動作について説明してゆく。

今第３図の状態は電磁コイル６に通電していない状態を
示し、プランジャγはスプリング１３に打勝って弁８を
外弁座９と密着しているためガスが流入室Ａから上室Ｂ
に流れるのを防いでいる。

この状態よりコイル電流を徐々に増加してゆくと、プラ
ンジャ７および弁８は電磁力により上方へ引５き上げら
れてゆくが、同時にスプリング１３によって押し上げら
れ内弁座１４も上部が弁８に接触しながら上方へ移動す
る（第４図）。

この時弁８は外弁座９から離れた状態となり、ガスは流
入室Ａから上室Ｂへ入るが、ダイヤフラム１１によって
シールされているためガスは流量規制孔１９の径で規制
される流量（最小流量）だけが流れる。

ここで流量規制孔１９の面積は外弁座９の面積に比べて
充分に小さいため弁８が外弁座９から離れて少しでも開
けば最少流量を流すに十分である。

このため内弁座１４が弁８に接触している間は弁変位に
関係なくガス流量は流量規制孔１９のみで決定されて一
定流量となる。

２０は流量規制ＨＬ１９よりも充分に大きな連通穴で、
第４図の状態の時流入室Ａと上室Ｂを連通している。

次にプランジャ１がさらに移動して弁８が内弁座１４か
ら離れた時には弁８と内弁座１４との開度に応じてガス
流量を比例的に制御する（第５図）。

第６図は本発明実施例における電磁コイル電流■とガス
流量Ｑの特性を示す。

図でＧ部は比例域であり弁８が第５図の位置にあり比例
制御している時である。

Ｈは最少流量域で第４図の状態の時、Ｊは閉止域で第３
図の状態にある時を示す。

Ｋ部は弁８が全開になりバーナの全能力で燃焼している
時である。

ここで制御回路により電流■がＨ状態にある間に電流工
を急激に零にすることにより弁８はスナップ動作を行な
いガスを遮断する（第６図り線）。

点火時は調節によりＨからＫまでの間どこでも点火する
ことができるためバーナの特性により任意に決定できる
。

また流量規制孔１９の径を変更することにより最少流量
Ｍも単独に自由に決定できる。

以上の様に制御回路でスナップ動作させる電流がＨの間
にあればどこで閉止させてもその流量はＭとなるため締
切時のガス流量のばらつきは流量規制孔１９のばらつき
のみで決まる。

なお、第１図はガス瞬間湯沸器に比例弁を使用した例の
システム図で、給水口２２から流入した水は熱交換器２
３で熱交換され蛇口２４から湯になって出て行く。

一方ガスは入口２５から流入しガスコック２６を通り比
例弁２７からバーナ２８へ供給される。

２９はパイロットバーナを示す。ここで、給湯出口に漏
音検知器３０（本例では負性感温抵抗素子を使用した、
以下サーミスタと呼ぶ）が設けられており、ここで湯温
を検出して信号を制御回路３１へ送る。

制御回路３１内で設定温度と比較増幅して電流信号を比
例弁２１へ送る。

今給湯蛇口から給湯している時に給湯量を増加すればサ
ーミスタ３０の温度が低下するため比例弁２６の電流が
増加してガス量を増加し、その温度の低下を防ぎ、また
給湯量が減少すればガスを絞り温度上昇を防ぐ。

この特性を第８図に示す。

横軸は蛇口２４からの給湯流量Ｑｗ 、縦軸は給湯温度
Ｔを示す。

曲線Ｎは制御しない湯沸器の特性で、給湯量を増加すれ
ばその温度は低下する。

そこで制御すれば設定温度Ｔｏで流量に関係なく一定温
度となる。

しかし給湯量Ｑｗが０点以上になれば湯沸器の能力が一
杯゛になるためＮ線上に乗る。

またＰ部は負荷のガス要求量が第６図に示すＭ点のガス
流量以下になった時り、Ｈの線上を比例弁がオン・オフ
動作している状態を示す。

また設定温度Ｔｏは制御回路の設定により自由に変更で
きる。

本実施例においては電磁式比例制御弁を例に上げて説明
したがこれが他の方式によるものであってもよく、また
ガスバーナの制御以外に応用するもの、あるいは、比例
弁にかぎらず二位置、三位量制御弁への応用等、広範囲
な応用分野が考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の流量比例制御弁の断面図、第２図は従
来例の特性図、第３図は本発明の一実施例における流量
比例制御弁の断面図、第４図、第５図は同動作説明のた
めの断面図、第６図は同流量特性図、第７図はガス湯浮
器に応用した例を示す概略構成図、第８図は湯温特性図
である。 ８・・・・・・弁、９・・・・・・外弁塵、１１，１２
・・・・・・ダイヤフラム、１４・・・・・・内弁座、
１９・・・・・・流量規制孔、１５・・・・・・筒状体
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定された針弁座と、この針弁座の内部に位置し、
   この針弁座よりも上方に突出し、かつスプリングに抗し
   て上下動自在な内弁座を有する流量比例制御弁であって
   、上記内弁座の下部に底を設け、筒状の内弁座と針弁座
   との間の空間を上下二つのダイヤフラムによって仕切っ
   て上、中、下の三室に区分し、上記中室を流量規制孔を
   介して上室に連通させ、筒状内弁座に側部開口を設けて
   上記側部開口を介してその内部を上記中室と連通させた
   流量比例制御弁。