JPS6140874B2

JPS6140874B2 -

Info

Publication number: JPS6140874B2
Application number: JP55048878A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kameda; Kazuo Okamura
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1980-04-14
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1986-09-11
Also published as: JPS56147974A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガス器具の出力側の制御量を検出
し、該制御量を予め設定された信号値と等しくす
るように制御するガス器具の制御装置に関するも
のであり、液化石油ガス、天然ガス、製造ガス
（都市ガス）のごとくガス器具に使用されるガス
種を異にする場合にも、前記ガス種を数グループ
に分け、異なるグループ間のガス種に対しては、
ガバナーとメインバーナーとの間に設けられる比
例制御弁を操作する制御電流の範囲を切換可能と
して、ガス種を異にしてもガス流量を正確にコン
トロールするようにした比例制御装置を提供する
ことを目的とする。

現在、国内に市販されているガスは十数種にも
及んでいる。これらガス種に対応して如何に合理
的、経済的にガス器具を作り、分消費者に不自由
をかけずに使用してもらうかは、ガス器具業界の
重大なテーマの一つである。

本出願人等は、さきに弁と弁座を全ガス種共通
として制御電流の範囲を切換える機能を有する比
例制御システムについて特許出願したが、その場
合には全ガス種をカバーしなければならないため
制御回路がやゝ複雑になる。また弁体に作用する
浮力を全ガス種同一になるよう弁径を修正して比
例制御弁の始動電流を全ガス種について同一とす
る方法も提案されているが、制御回路やアクチエ
ータのスプリング荷重が全ガス種共通になつて
も、弁及び弁座はガス種が変る度に交換しなけれ
ばならないという欠点がある。実用的にはガス種
の変更に伴う部品交換の機会、および制御回路の
コストを勘案すれば、前記制御電流範囲切換え
と、弁、弁座交換との両方式を折中したものとす
ることが望ましい。

ガス種が変更される機会は、通常他の地域への
転居と、供給されるガス種の変換との場合に現れ
る。近時大都市の人口増に伴うガスの供給能力が
問題となつて、従来の供給ガスより単位体積当り
の発熱量の大きなガスへの切換（いわゆる都市ガ
スから天然ガスへの変換）が行なわれつつあるこ
とは周知の通りである。

このため本発明では、適用するガス種を発熱
量、供給圧力等によつて数グループ（例えば液化
石油ガス、天然ガス、製造ガスの３グループ）に
分け、同一のグループのガス種に対しては弁及び
弁座を共通とすると共に、比例制御弁を操作する
制御電流の範囲を同一にし、更にグループを異に
するガス種間では制御電流の範囲をグループ毎に
切換えるようにしたものである。

すなわち、近い将来、ガス種が変更されること
が明らかな大都市、大消費地では、現在使用して
いるガス種と将来供給されるであろうガス種との
間では、弁と弁座とを共通にして部品交換の手間
を省く。弁と弁座を共通にしたため制御電流の範
囲がガス種によつて異なる問題については、制御
回路の電流を切換える切換機構を配置している。
他のグループのガス種については、上記弁、弁
座、制御電流を共通に用いて実用上支障のないも
のは当然共通で使用し、実用上支障のあるものに
ついては、上記切換機構により切換えられた制御
電流の範囲で使用可能なように、弁、弁座の径を
設定する。このようにすることにより経済的に有
利で使用上便利なガスの比例制御装置とすること
ができる。

次に図面について本発明を具体的に説明する。
第１図はガス湯沸器のガス比例制御装置に適用し
た場合の１実施例を示す。図中１は都市ガス配
管、LPガスボンベなどのガス供給源、２は閉止
弁、３はガバナー、４はメインバーナー、４ａは
熱交換器、５は目標値を制御系に基準信号として
入力するよう変換させる設定機構、６は比較部７
と判断部８とからなる調節部で、比較器７では設
定機構５からの基準入力と検出部１１からの信号
とを比較し、判断部８では比較結果を演算して基
準入力値と検出値とを等しくするような操作信号
を出力する。９はガス種を数グループに分け、そ
れぞれのソレノイドの制御電流範囲を切換える切
換機構、１０はアクチエータとしてソレノイド１
５を利用し励磁電流（調節部６からの操作信号）
により弁体１４を操作し、ガス流量を制御する比
例制御弁、１１は熱交換器４ａからの湯温（制御
量）を検出して比較部７にフイードバツク信号を
出力する検出部である。

上記比例制御弁１０は、第２図及び第３図に拡
大示するように本体１２内に着脱可能に取付けた
メス形円錐の弁座１３と、ソレノイド１５の励磁
によつて下降する円板状の弁体１４とを有してい
るが、弁の形状はメス形円錐弁に限らず、ポペツ
ト形弁としてもよい。ガバナー３によつて圧力制
御（二次圧力）されたガスは本体１２の入口１６
から弁室に入り、弁座１３と弁体１４の間隙によ
り流量制御されて出口１７よりメインバーナー４
に送られる。本体１２の下部にはソレノイド１５
を保持するケース１８及びヨーク１９が取付けら
れ、その内部中央に金属スリーブ２０を設けてプ
ランジヤ２１を挿合し、プランジヤ２１の上端に
バルブロツド２２を加締によつて連結している。
また上部弁室と下部弁室との間を直接連絡するバ
イパス通路２３が形成され、その途中にバイパス
量調整用コツク（絞り弁）２４を有している。な
お、図中２５は弁座１３を常時本体１２内の段部
に圧着させるスプリング、２６はソレノイド１５
を本体１２に装着する際の案内、２７はバルブロ
ツド２２の軸受を兼ねるとともにプランジヤ２１
の上縁と当接して弁体１４の上限高さを規制する
調整ねじ、２８は始動電流を規制する調整ねじ、
２９はソレノイド１５と外部導線とを接続する端
子、３０は調整ねじ２８の受け、３１はソレノイ
ドの吸引力とバランスして弁体１４の変位を規制
するスプリングである。

以下の実施例では、製造ガス（特に６ガス）と
天然ガス（13A）については、比例制御弁１０の
弁体１４、弁座１３を共通とし、液化石油ガスと
天然ガス（13A）については制御電流を共通とし
ている。

第１図はガス器具としてガス湯沸器を対象と
し、燃料ガスを比例制御する場合を示している。
湯沸器によらず、どのガス器具においても燃焼量
を制御するときには、外部からの風の影響による
吹き消えなどを起さずに安定し、かつ完全燃焼す
る最小限界が存在し、これを保つために最小ガス
流量を規制するバイパス回路が設けられている。
ガス器具における燃焼制御の範囲は、ガスの供給
圧力と器具のノズルを含めたガス通路の抵抗で決
る最大ガス流量と、バーナーの特性によつて定ま
る最小ガス流量の間にある。

第１図に於いては、メインバーナー４の点火機
構を省略したので、以下点火には触れずに動作を
説明する。

閉止弁２を開くと比例制御弁１０のソレノイド
１５に電流が流れなくても、ガスは本体１２内の
バイパス通路２３を通つて最小ガス流量が流れて
燃焼している。検出部１１で検出した湯温が設定
値より低いときは、調節部６より操作量（ガス流
量）を増大すべく操作信号（制御電流）が設定値
と検出値の差に応じて出力される。この制御電流
によつてソレノイドコイルが励磁され、プランジ
ヤ２１がコイル内に吸引され、スプリング３１が
圧縮されて反揆する力とソレノイド１５の吸引力
がバランスした位置まで弁体１４が変位して弁座
１３との間隙を広げガス流量（操作量）が増大す
る。ガス流量が増大すると湯温は上昇し、設定値
との差が小さくなると制御電流（操作信号）が小
さくなり、ソレノイド１５の吸引力に対しスプリ
ング３１の反揆力が大きくなるから、プランジヤ
２１はソレノイド１５の外に向つて移動し、再び
ソレノイドの吸引力とバランスする位置まで弁体
１４を変位させて弁座１３との間隙を小さくす
る。もし湯を使用しないとき、瞬間湯沸器では一
般に水流検知機構が動作して比例制御弁１０とは
別に設けた主弁（図示省略）を閉止してガスの流
れを止める。貯湯式湯沸器では湯温を検出して一
定の温度に達すると、比例制御弁１０とは別に設
けた主弁が動作してガスの流れを止める。

次に始動電流と弁径との関係、ガス種と最小ガ
ス流量との関係について述べる。

比例制御弁１０の弁座最小内径Ｄ_iは、ガス器
具の単位時間当りの最大発熱量が決まれば、各ガ
ス種の単位体積当りの発熱量からガス種毎の最大
流量が定まる。最大ガス流量Ｑ_nax′最大ガス流量
が流れたとき弁体１４のまわりに生ずる圧力損失
ΔＰ_Vnio、弁座最小内径Ｄ_iとの間には、流量係数
を１とした場合に、次式の関係にある。

（但し、ｇ…重力の加速度、γ…ガスの比重
量）従つて(1)式を変形することによつて弁座最小内
径Ｄ_iが求まる。弁体１４の直径２Ｒは弁座最小
径Ｄ_iよりやゝ大きく設定されゝばよい。仮りに
Ａ，Ｂ，Ｃ三種類のガスを考え、それぞれについ
て(1)式で得た弁座最小径をＤ_iA，Ｄ_iB，Ｄ_iCと
し、それに対応する弁体１４の半径をＲ_A，Ｒ_B，
Ｒ_Cとする（Ｒ_A≠Ｒ_B≠Ｒ_C）。このようにガス種
毎に、弁座最小内径Ｄ_i及び弁体外径２Ｒが異な
り、弁体１４と弁座１３の間隙も異にしている。

更に、前述した最小ガス流量が流れたとき、弁
体１４のまわりに発生する圧力損失（最小ガス流
量を規制するために必要な弁体の抵抗）をΔＰ_V
_Ａ，ΔＰ_VB，ΔＰ_VC（ΔＰ_VA≠ΔＰ_VB≠ΔＰ_VC）
とする。サフイツクスのＡ，Ｂ，Ｃはガス種Ａ，
Ｂ，Ｃに対応する。

この圧力損失は、第２図から判るように（ガス
の流れの方向によつて）弁体１４をソレノイド１
５の方向に動かすように作用する。この力を浮力
Ｆと定義すれば、それぞれのガス種毎にＦ_A＝πR² _AΔＰ_VA …(2) Ｆ_B＝πR² _BΔＰ_VB …(3) Ｆ_C＝πR² _CΔＰ_VC …(4) と表わすことができる。

ソレノイド１５に励磁電流が流れないときは、
プランジヤ２１に装着されたスプリング３１の荷
重Ｆ_Sが浮力Ｆより大きいので、弁は第２図に示
す状態（主回路が閉）を保持するが、ソレノイド
に励磁電流が流れはじめると、その吸引力が増大
し、吸引力と浮力の和がスプリング荷重より大き
くなつたときに、弁が開きはじめる。このときの
励磁電流を始動電流と定義する。

ガスが流れていない状態で、スプリング３１の
取付荷重を一定とすれば、上記説明で判るように
浮力が異なれば始動電流も当然異つて来る。な
お、この種比例制御弁１０の開口面積は、弁座１
３と弁体１４のスキマによつて決るから、弁座最
小内径Ｄ_iが(1)式によつて得た値より大きけれ
ば、必ずしも(1)式で得た値に拘束されることはな
い。

Ａ，Ｂ，Ｃなる３種類のガスのうち、Ｂ，Ｃの
ガスについては、弁径を等しくする場合、(1)式で
得た弁座最小内径Ｄ_i及び弁体半径Ｒを比較し、
いずれか大きい方のガス種にＤ_i及びＲを統一す
る。例えば、ＢガスにＤ_i，Ｒを統一したとき、
Ｒ_C＜Ｒ_Bで浮力はＦ_B＝πR² _BΔＰ_VB …(3) F′_C＝πR² _BΔＰ_VC …(5) となつて、Ｆ_C＜Ｆ_C′でＣガスの浮力は(4)式で得
たものより大きくなる。当然、ＢガスとＣガスの
始動電流も異つたものとなる。このとき、Ａガス
の弁径は、R′_A＞Ｒ_AとなるようにR′_Aを修正し、
修正後の浮力F′_A＝πＲ_A ¹²ΔＰ_VAが、Ｆ_A′＝Ｆ_B，又はＦ_A′＝Ｆ_C′ を満足するならば、ＢとＣのガスの間では第１図
の切換機構９内の始動電流切換スイツチ（図示省
略）を操作するだけで弁、弁座の交換は不要とな
り、ＡガスとＢ，Ｃガスの間でのみ弁、弁座の交
換を行ない、場合によつては始動電流切換スイツ
チの操作を行なえばよい。一般的にはガスの供給
圧力と単位体積当りの発熱量とが著しく異なる液
化石油ガス（LPG）、天然ガス（13A）、製造ガス
（６ガス）程度に大分類すれば実用上は支障な
い。

前述したように第２図、第３図に示す比例制御
弁１０では、製造ガス（６ガス）と天然ガス
（13A）とについて弁、弁座を共通にしたもの
で、液化石油ガス（LPG）については弁、弁座が
異なる。

前記６ガス、13Aガスについては、バイパス量
調整用コツク２４の開度を調整することによつて
最小ガス流量を規制する。LPGについては第４図
に示すようにコツク２４を閉じて弁と弁座に予め
必要な最小ガス流量を規制するスキマ３２を持た
せてある。この場合、弁座１３の位置は、本体１
２の案内２６に押付けられて決るが、弁体１４の
位置は、調節ねじ２７の深さを予め規制しておい
て、調節ねじ２７の下端面とプランジヤ２１の上
端面が当接して弁体の位置を決めるようにしてあ
る。従つて厳密にはスプリング取付荷重Ｆ_Sは、
LPGのときと、６ガス、13Aガスの場合とは異な
る。６ガスと13Aガスの場合、制御回路からガス
流量を絞るよう信号が入ると、弁体１４が弁座１
３の中に入つて行き、やがて弁座１３に当接して
最小ガス流量だけがバイパス通路２３を通つてい
る状態になる。

ポペツト弁やメス形円錐弁の場合に、プランジ
ヤ２１、バルブロツド２２と弁座１３の同芯が出
なかつたり、プランジヤ２１及びバルブロツド２
２に倒れがあつたりすると、弁体１４と弁座１３
が正しく当接する以前に傾いた状態で弁体１４の
片側が先に弁座１３に当接する。このとき弁及び
弁座の表面アラサの影響や摩擦によつて弁体１４
の移動がスムーズに行なわれず、励磁電流に応じ
た弁の変位（ガス流量）が得られないことがあ
る。このため、本発明を実施するに当り、弁体１
４をバルブロツド２２に固定せず、遊合的に装着
する。すなわち、第５図は、バルブロツド２２の
上端に弁体１４の厚みより大きくした小径部３３
を形成させ、この小径部３３に弁体１４を遊合し
たのち、ワツシヤ３４を介してねじ３５を螺合
し、弁体１４の中央孔とワツシヤ３４との間にス
キマ３６を作つて装着した場合を示している。ま
た第６図に示すようにバルブロツド２２の上端に
設けた膨出部３７を弁体１４の下面の球殻部３８
に係合させ、更に弁体中央の孔３９に膨出部３７
中央に突出させたピン４０を通して遊合的に装着
してもよい。

上述のように、ガス種を数グループに分け、同
一グループ内では弁、弁座を共通にし、異なるグ
ループ間に対しては設定機構の切換スイツチを操
作して制御電流の範囲を変更することにより、各
ガス器具への流量を正確にコントロールすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明比例制御装置の１実施例の配置
図、第２図は比例制御弁の断面図、第３図は、左
半分を第２図の−線に沿つて切断して示した
正面図、第４図は、液化石油ガスの流量を制御す
る場合の比例制御弁の要部の断面図、第５図は弁
体の取付状態を示す拡大断面図、第６図は第５図
の別の実施態様を示す拡大断面図である。１……ガス供給源、２……閉止弁、３……カバ
ナー、４……メインバーナー、５……設定機構、
６……調節部、７……比較部、８……判断部、９
……切換機構、１０……比例制御弁、１１……検
出部、１２……比例制御弁の本体、１３……弁
座、１４……弁体、１５……ソレノイド、１６…
…ガス入口、２１……プランジヤ、２２……バル
ブロツド、２３……バイパス通路、２４……バイ
パス量調整用コツク（絞り弁）、２７……弁体上
限高さ調整用ねじ、２８……始動電流用調整ね
じ、３０……調整ねじの受け。

Claims

【特許請求の範囲】１ガス供給源とガス器具との間のガス管に、ソ
レノイドによりガス量を制御する比例制御弁と、
絞り弁の介装された前記比例制御弁のバイパス通
路とが設けられ、ガス器具の出力側には制御量の
検出部が設けられていると共に、前記ソレノイド
に出力する調節部は、予め設定された信号を入力
させる設定機構と、該設定機構からの入力と前記
検出部からの信号入力とを比較演算する比較部
と、該比較部の出力により前記ソレノイドの操作
信号を演算出力する判断部と、前記操作信号の範
囲内で、ソレノイドの制御に使用する電流範囲を
ガス種に応じて切換える切換機構とで構成されて
いることを特徴とするガスの比例制御装置。２比例制御弁の弁座と弁体との間の最小間隙が
調整可能とされている特許請求の範囲第１項記載
のガスの比例制御装置。