JPH0127307B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスの制御弁に係り、特にガス器具の
負荷に応じて自動的に燃焼量を制御する弁に関す
る。

一般にこの種装置に対しては弁体を動作させる
アクチエーターへの入力信号に比例してガス流量
が比例することはもちろんのこと、 (イ) ガス種の変換に簡単に対応できること。

(ロ) バーナーによつて定まる安定燃焼の最小限界
に対応する最小ガス流量を確保できること。

(ハ) 安全かつ確実に点火するガス流量を制御でき
ることなどの機能を有することが実用上必要で
ある。

(イ)項については、近時都市部の人口増のため既
設の都市ガス供給管ではガスの需要をまかなうこ
とが困難になり、ガス会社は供給発熱量の増大、
いわゆるガス種の変換によつてこれに対応してい
る。

従来のガス器具の場合には、ガス種の変換に際
してノズルの交換及びガバナーの二次圧調整程度
で対応できた。ガス器具が複雑になつても出来る
だけ簡単にガス種の変換に応じられることが必要
である。

従来の比例制御弁の弁体は主として第１図に示
すフラツト弁を用いている。弁の最大開口面積は
弁座の内径によつて決るから、弁座の内径をDi
とし、弁のストロークをＳとすれば、フラツト弁
において最大開口面積を得るストロークSmax
は、π／４Di²＝πDiSmax Smax＝Di／４で決まる。

又弁座内径は許容される比例制御弁の最小圧力損
失と最大ガス流量で決まる。

一方、弁体を動作させるアクチエーターがあ
る。アクチエーターはアクチエーターへの入力信
号に応じて弁を動作させるために入力信号が同じ
なら弁体のストロークは変らない。

このためフラツト弁の場合には、ガス種の変換
に応じて弁体及び弁座を交換するばかりでなく、
弁体及び弁座の内径が変るとSmaxも変るからア
クチエーターの入力信号と弁体の動作の関係も変
える必要がある。

(ロ)項については、燃焼状態においてガス量を絞
ると風による吹消え、バツクフアイヤー、不完全
燃焼等が生ずるため、バーナー毎に安定燃焼の最
小限界が定められる。ガスの制御弁としてはガス
流量がこの最小限界を下まわらないような機構が
必要となる。

従来の比例制御弁に用いられているフラツト弁
の場合には、第２図に示すように弁体のストロー
クとガス流量比との関係はストロークの変化に対
して流量の変化が著しい。即ち敏感である。従つ
て弁体と弁座のスキマ（ストローク）のわずかの
寸法誤差が大きなガス流量の変化となる。

このため、フラツト弁を用いた比例制御弁では
一般に主弁の他の最小ガス流量を確保するバイパ
ス孔が設けられている。更にバイパス孔には針弁
などが調整可能に取付けられ、ガス種の変換に応
じてバイパス流量を調整できるようにしたものも
ある。

(ハ)項については、ガス器具のバーナーの点火は
ガス器具の点火手段（例えば種火、放電）によつ
てバーナーの一部に点火し、その火炎が順次バー
ナーの全域に引火することによつて目的を達する
ことができる。このため、引火に要する最小ガス
流量が必要となる。併し、点火時のガス流量が多
すぎると引火に要するわずかの時間遅れの間に燃
焼室内にガスが充満し、一気に引火していわゆる
爆燃を生ずる危険性がある。

従つて安全かつ確実に点火するに要するガス流
量がバーナー毎に定められる事になる。

従来のフラツト弁を用いた比例制御弁では前述
したようにストロークの変化に対する流量の変化
が著しいため、比例制御弁だけで点火ガス流量の
制御をなし得ず、別に点火ガス流量を制御する機
構（緩点火機構）を持つているのが一搬である。

本発明は従来の比例制御弁に関する前記問題点
の解決のためになされたもので、ガス種の変換に
簡単に対応しうる特性を有し、安全かつ確実に点
火するようにガス量を制御し、安定した最小燃焼
を持続するための最小ガス流量を確保することが
できるガスの制御弁を提供することを目的とす
る。

以下本発明に係る一実施例を図面に基づいて説
明する。

第３図は本発明の一実施例の断面図で、ガスの
流路におかれた弁座３及び該流路を開閉する弁体
４を内装する制御弁本体１と、前記弁体４を動作
させるアクチエーターとからなる。前記弁座３
は、従来のフラツト弁に代えてメス型円錐弁座が
用いられており、前記制御弁本体１に着脱自在に
装着されている。

同図に於いて、１４はヨークで、上下両面が開
口し、かつ頂部周縁２０を有するケーシング１２
の下部に底板２１をカシメ等適宜手段をもつて取
付けてなる。このケーシング１２内にはボビン１
６に装着された電磁コイル１８を内装すると共
に、ボビン１６の上面と頂部周縁２０の下面との
間、及びボビン１６の下面と底板２１の内面との
間にガス洩れ防止用のＯリング２２、１３を夫々
介在させ、かつボビン１６中央部の軸方向に形成
された挿入孔２３内にプランジヤー１１を遊挿す
る。このプランジヤー１１は基端から先端に向け
て径小となるテーパ状に形成されており、この基
端と挿入孔２３の下部に螺合されたアジヤストス
クリユー１５との間には、後述する弁体４が弁座
３に着座する方向に付勢すべくスプリング１７を
介在させる。前記プランジヤー１１のスプリング
１７による付勢力がアジヤストスクリユー１５の
螺合位置を変えることにより適宜調整可能にすべ
く、ドライバー等の調整具が挿入可能な底板２１
の調整孔２４にキヤツプ２５を着脱自在に螺着す
る。

一方、前記ケーシング１２の上部には上面にガ
ス入口２６が、又側面にガス出口２７が形成され
た本体１を着脱自在に螺着する。この場合本体１
の下面と前記頂部周縁２０の上面との間に外部へ
のガス洩れを防止すべくＯリング８を介在させ
る。本体１内には周縁が前記頂部周縁２０とボビ
ン１６との間に挾持して固定する如く断面略山形
状のガイド部材１０を内装すると共に、そのガイ
ド部材１０の中央部に形成された透孔にロツド９
を遊挿し、そのロツド９の一端を前記プランヂヤ
ー１１の先端に固定する。前述した、安定燃焼の
最小限界に対応する最小ガス流量を構造的に確保
するために、プランヂヤー１１の先端とガイド部
材１０の下面との間に、筒状のデイスタンスピー
ス２８をそのプランヂヤー１１の先端に挿入する
か又はガイド部材１０と一体に成形して介在させ
る。

デイスタンスピース２８の厚さは、最小ガス流
量に対応する弁のストロークＳを確保できるよう
に定めればよい。

前記ロツド９の他端にねじ７によつて弁体４を
装着しかつメス型円錐弁座３はガス入口２６とガ
ス出口２７との間のガス流路孔２９の壁面に嵌着
させた孔用Ｃリング６と、ガス流路孔２９の壁面
に形成した段部３０との間に挾持させるように固
定する。

なお、１９はグロメツトで電磁コイル１８から
コードを引出すべくケーシング１２の側部に形成
された透孔３１に嵌着されている。

上記構成の本実施例では、ガス種の変換によつ
て前記メス型円錐弁座３と弁体４を交換する場
合、本体１をケーシング１２から離脱し、次いで
ねじ７を取外して弁体４を交換し、又Ｃリング６
を取外してメス型円錐弁座３を差し換えることに
よつて交換が可能である。

次に本発明のガスの制御弁の動作について説明
する。

不使用時はスプリング１７によりプランヂヤ１
１、弁体４は弁座３の方向に押されている。最小
ガス流量を確保するために、その流量に対応した
隙間を弁体４とメス型円錐弁座３の間に構成すべ
く前記デイスタンスピース２８を設ける。

弁体４の動作は電磁コイル１８に流れる電流
（入力信号）によつて制御される。使用時には、
まづ点火するに要するガス流量（点火ガス流量）
を流すべくソレノイドに信号が送られ、点火ガス
流量に対応した隙間が弁体４とメス型円錐弁座３
の間に生ずるように弁体４が動作する。点火した
事を確認（点火確認手段の説明は略す）した後制
御動作に入り、負荷の変動に伴つてソレノイドへ
の入力信号が変化し、弁体４とメス型円錐弁座３
のスキマも変化してガス流量は負荷に応じて制御
される。

しかし、ガスのガバナ（説明省略）の二次圧と
ノズルの径及び数によつて決まる最大ガス流量を
超えた負荷及び安定燃焼限界以下の負荷に対して
は制御不能であることは言うまでもない。

本実施例に用いる弁は、本出願人が既に特願昭
54−34077号、特願昭54−34928号、特願昭54−
36697号において提案した流体の絞り弁を使用す
る。

その特長とするところは、第１図及び第３図に
示すようにメス形円錐弁を基本として、その弁座
壁面を弁体のストローク比（Ｓ／Smax、但し
Smax…弁体の最大ストローク）がガスの流量比
（Ｑ／Qmax但しQmax…最大ガス流量）と一定
の対応（例えばＳ／Smax＝Ｑ／Qmax）を有す
るように定めたものである。

更に、メス型円錐弁においては、予め弁体の最
大ストロークを定めておいても、第１図に示す弁
座の内径（Di）の断面積に等しい弁体と弁座と
の間で構成される弁の最大の開口面積は、弁座の
テーパーを変えることによつて得ることができ
る。このことは、 最大ストロークに対する最大ガス流量の比、
即ち、弁のストローク変化に対するガスの流量
変化（ゲイン）は最大ストロークを自由に選択
することによつて、自由に調節ができる。

ガス種の変換等の場合にガスの最大流量が変
つても、弁体の最大ストロークを一定にしてお
いて弁径と弁座だけを交換すればよい。又適用
するガス器具の大きさが変つても弁体を駆動す
るアクチエーターは共通に使用することができ
るなどの利点を有する。

但し、実用上の最大ストロークは種々の制約に
よつてその範囲が限定されることは当然である。

又本実施例に用いるソレノイドは本出願人が既
に実願昭54−8304号において提案したものを用い
る。そのソレノイドは従来のソレノイドに比較し
て励磁電流とプランヂヤのストローク（吸引力）
の関係が直線的であり、かつヒステリシスが極め
て小さい反面、磁束の漏減が多く吸引力が小さ
い。

このソレノイドのプランヂヤによつて弁体を動
作させるとき、 励磁電流ｉとプランヂヤーのストロークＳが
直線であることは、弁座壁面の曲線が例えばス
トローク比とガスの流量比が等しく（Ｓ／
Smax＝Ｑ／Qmax）なるように設計されてい
るとき、ｉ／imax＝Ｓ／Smax＝Ｑ／Qmaxと
なつて、弁体の位置（ガスの流量）によつてス
トローク変化に対する流量変化（ゲイン）が変
らないことを意味する。

そして、ヒステリシスが極めて小さいこと
は、目標とするソレノイドの励磁電流に対し
て、上から近づいても、下から近づいても弁体
の位置はほゞ一定である。即ち一定の励磁電流
に対する弁体の位置（弁体のストローク比）は
一定であり、弁の開口面積は常に一定となる。
従つてガスの流量（流量比）も一定となる。

反面、このソレノイドは吸引力が弱いため弁
体のまわりを流れるガスによつて生ずる弁体の
圧力損失が、弁体をガスの流れの上流から下流
の方向へ動かすような力（浮力）が働く。この
浮力はソレノイドの励磁電流と弁体の位置に影
響を与え、ガスの制御弁の特性を損うので無視
することはできない。

以上説明した弁とソレノイドを使つた、本発明
のガスの制御弁の特長について以下詳細に説明す
る。

ガス種の変換に対応するためには、前述したよ
うに単に弁体と弁座の交換だけではなく、次の条
件が必要である。即ち、 分解組立が容易であること。

アクチエーターの入力信号の大きさと、ガス
の最大流量に対する部分負荷に於けるガス流量
の比が一定の対応を有すること。

ガス種による浮力の大きさの違いをキヤンセ
ルするためソレノイドのスプリングを調整でき
ることが必要である。

については論を持たないので説明を略す。

アクチエーターの入力信号の大きさとガスの最
大流量に対する部分負荷に於けるガス流量の比が
一定の対応を有すること。

ガス用比例制御弁に於いては、同一発熱量のガ
ス器具でも、その弁座内径Diは適用するガス種
によつてガス流量も供給ガス圧も異るので、適用
ガス種毎に弁体の径及び弁座内径を変える必要が
ある。従来のフラツト弁では前述のように弁座内
径を変えると、弁座内径より得たその面積に等し
い弁体と弁座で構成される最大開口面積を得る最
大ストロークは変化する。このことは弁体を動作
させるアクチエーターの入力信号と弁体の動作の
関係も変える必要が生じる。もし、アクチエータ
ーの入力信号と弁体の動作の関係を一定にして、
弁側で対応しようとするときは、最もガス流量の
少ない（単位体積当りの発熱量の多い…例えば
LPG）ガスに適用する弁体の最大ストロークに
他のガス種の最大ストロークを一致させ、必要な
最大開口面積を確保するためには弁座内径及び弁
体の径を大きくする必要がある。これは、弁体の
ストローク変化に対するガス流量の変化（ゲイ
ン）が大きくなること及び全体が大型化してコス
ト高になり儀装上も問題を生ずることになる。

本発明に用いた弁（特願昭54−3407号、特願昭
54−34928号、特願昭54−36697号）は、前述した
ように弁体の最大ストロークを予め定めることが
できるから、 弁体のストローク変化に対するガス流量（ガ
ス器具の消費熱量）の変化（ゲイン）は一定で
あり、しかもある程度ゲインの選択に自由度が
ある。

アクチエーターの入力信号と弁体の動作の関
係は一定となるからガス種によりアクチエータ
ーの入力信号と弁体の動作の関係を変える必要
はない。（各ガス種に対しアクチエーターは共
通に使用できる。） フラツト弁でアクチエーターの特性を一定と
したものに比較すると小型になる。

更にガス種の変換に対応するためには今一つの
問題がある。即ち、この種比例制御弁に用いるア
クチエーターの入力信号とストローク（吸引力）
の関係は直線的でかつヒステリシスの小さい事が
望ましいが、これを実現するためには磁束の漏減
が多くなり、吸引力は弱くなる。このためガスが
弁を通過する際に生ずる圧力損失が、弁体の前後
に圧力差を生じ、弁体を動かそうとする力（以下
浮力と呼ぶ）によつてアクチエーターの入力信号
とストロークの関係が変化し、その変化量は実用
上無視できない。

浮力は弁体の前後に生ずる圧力差と弁体の面積
の積で与えられる。弁体の径（面積）及び圧力差
は適用ガス器具が同じならばガス種によつて異
る。従つて浮力もガス種によつて異る。

今ここにＡ、Ｂ、Ｃの三種類のガスがあつて、
第３図の矢印の方向にガスが流れ、第３図の比例
制御弁は全閉機能を有す（弁座３と弁体４は、ソ
レノイドの電流Ｏのときは当接している）るもの
とすると、 弁は全閉しているからこのときはガス圧（浮
力）を受けて弁体４は開く方向に動く、その浮力
を夫々第４図に示す如くａ、ｂ、ｃとする。

弁の全閉状態を維持するためには、第３図のス
プリング１７の取付荷重は夫々ａ、ｂ、ｃより大
きくなくてはならない。スプリングの取付荷重を
ａ、ｂ、ｃとしたとき、スプリング取付荷重力と
浮力はキヤンセルされて、ソレノイド１８へ電流
が流れはじめると弁は開きはじめる。

第４図はスプリングの取付荷重とアクチエータ
との関係を示す図で、もしスプリング取付荷重ａ
のソレノイドにガス種ｃ用の弁を用いてガス種ｃ
に使用したとき浮力はｃしかかからないので、ス
プリング取付荷重ａのうち（ａ−ｃ）の分だけは
キヤンセルされずに残るため、弁はソレノイド１
８への電流がｉ（ａ−ｃ）になつてはじめて動き
はじめる。

このように吸引力の弱いスプリングを用いたと
きは浮力に応じてスプリング取付荷重を調整し弁
が開きはじめる電流を一定にすることが、ガス流
量（発熱量）とアクチエーターの入力信号に一定
の対応を持たせるために必要である。

第３図のアジヤストスクリユー１５はこの目的
に供せられるものである。弁体と弁座の間に適当
なスキマを持たせて、最小ガス流量を確保すると
きは、最小ガス流量を流したときの浮力を基準に
して同様の調整を行なえばよい。

アクチエーターを各ガス種に共通に使用してガ
スの最小流量を確保する手段として弁体と弁座の
間に適当な隙間を設けるためには、 ガス種によつてその隙間が変らないこと。

弁体とメス型円錐弁座の隙間のバラツキが最
小ガス流量のバラツキの許容範囲を超えない程
度に小さく納まること。即ち、弁体のストロー
ク変化に対するガス流量の変化（ゲイン）が小
さいこと。

が必要である。

再三述べるように本発明に用いる弁は、ガス種
に関係なく弁体のストロークを予め定めることが
でき、しかも弁体のストローク比とガスの流量比
にはガス種に関係なく一定の対応があるため、前
記項を基本的に満足する。

更にストロークを予め定めることができるの
で、最大ストロークと最大ガス流量の比、即ちゲ
インを自由に選ぶことができるので、フラツト弁
に比較すると、弁体とメス型円錐弁座の隙間のバ
ラツキが大きくなつても、それが最小ガス流量の
バラツキに及ぼす影響は少ない。

安全かつ確実に点火するに要するガス流量の制
御（以下緩点火流量の制御とよぶ）は、本発明で
はアクチエーターの入力信号を制御することによ
つて行う。

この種比例制御弁において、緩点火流量の制御
をアクチエーターの入力信号の制御によつて行う
という考え方は従来から存在した。

併し、アクチエーターの入力信号のバラツキ、
アクチエーターの特性のバラツキ（入力信号に対
する弁体の動作位置のバラツキ）及びガス種によ
つて異る浮力の影響があつて、それらが及ぼす緩
点火流量のバラツキが許容範囲内に納まらないた
め実現は不可能であり、別に緩点火機構を設けて
いた。

しかし、前述のように既出願済の流体の絞り弁
を用いることにより弁体の動作位置がガス流量に
及ぼす影響を小さくし、スプリングの取付荷重を
調整してガス種の浮力の影響をキヤンセルできる
構造にしたことによつて、比例制御弁への入力信
号を制御することによつて、緩点火機構を別に設
ける必要はなくなつた。

上記の構成からなる本発明によれば、制御弁本
体に装着した弁座をメス型円錐弁座としたので、
弁の最大の開口面積は、弁座のテーパーを変える
ことによつて得ることができ、従来のフラツト弁
の場合には、ガス種の変換に応じて弁体及び弁座
を交換するばかりでなく、弁体及び弁座の内径が
変ると、最大開口面積を得るストロークSmaxも
変るから、アクチエーターの入力信号と弁体の動
作の関係も変える必要があつたが、本発明では、
ガスの最大流量が変つても、弁体の最大ストロー
クを一定にしておき、弁径と弁座だけを交換すれ
ばよい。そして、アクチエーターを構成する電磁
コイルを装着したボビンが内装されたケーシング
を、制御弁本体に着脱自在に取付けてあることと
相俟つて、ガス種の変換に簡単に対応することが
できる。また、プランジヤーの先端とガイド部材
の下面との間に、デイスタンスピースを介在さ
せ、弁体とメス型円錐弁座との間に〓間を設けた
ので、燃焼を接続するに要する最小ガス流量に対
応する弁のストロークＳを確保できる効果があ
る。

以上により本発明は当初の目的、即ち (イ) ガス種の変換に簡単に対応できること。

(ロ) バーナーによつて定まる安定燃焼の最小限界
に対応する最小ガス流量を確保すること。

(ハ) 安全かつ確実に点火するガス流量を制御でき
ること。

を達成できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種比例制御弁について要部断面図、
第２図は各種比例制御弁の弁体ストロークと被制
御ガス流量比との関係を示す図、第３図は本発明
に係る制御弁の縦断面図、第４図はスプリングの
取付荷重とアクチエーターとの関係を示す図であ
る。 ２…Ｏリング、３…弁座、４…弁体、６…Ｃリ
ング、１７…スプリング、１８…電磁コイル、Ｓ
…弁座の弁体と当接する位置からストローク方向
上の弁体までの間隙。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御弁本体のガスの流路におかれた弁座と、
   該流路を開閉する弁体と、該弁体を前記弁座に圧
   接させるためのスプリングを備え、前記弁体と前
   記弁座とにより制御されるガスの流量が前記弁体
   を動作させるアクチエーターの入力信号と比例す
   るように構成したガスの制御弁において、前記弁
   座は、制御弁本体に着脱自在に装着されたメス型
   円錐弁座からなり、前記制御弁本体には、前記ア
   クチエーターを構成する電磁コイルを装着したボ
   ビンが内装されたケーシングを着脱自在に取付け
   るとともに、前記弁体と前記メス型円錐弁座との
   間には、燃焼を持続するに要する最小ガス流量を
   確保する〓間が設けられてなることを特徴とする
   ガスの制御弁。