JPH0240154B2 - Atsuryokuhireiseigyoben - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガス燃焼器具等に用いられ、燃焼負
荷信号、すなわち湯温、室温等に応じて連続的に
出口側ガス圧力（流量）を制御し、所望の温度を
得るための圧力比例制御弁に関するものである。

従来の技術 燃料ガスの供給圧は変動するため、この変動を
吸収するガスガバナが必要である。このため、ガ
スガバナの設定力を電磁力によつて可変し、比例
制御とガバナ機能を併有したものがある。（例え
ば実開昭55−126072号公報、実公昭59−134175号
公報） 従来のこの種圧力比例制御を第４図及び第５図
に示す。第４図において１は弁体２、弁座３、弁
体２に設けられたダイヤフラム４、弁体２の自重
をキヤンセルするために設けたスプリング５を有
するガバナ部、６は永久磁石７、センターポール
８、ヨーク９及びコイル１０が巻回され、センタ
ーポール８に上下動可能に設けられたコイルボビ
ン１１を有する駆動部であり、コイル１０への通
電によりフレミングの左手の法則にしたがつてコ
イルボビン１１を下方に変位させる電磁力が発生
し、ガバナ設定力が可変される。この駆動部６に
よれば、通電量に比例した電磁力が得られるとと
もに、通電量一定時においてコイルボビン１１が
変位しても電磁力が変化しないという特徴があ
る。

第５図は、他の従来例を示し、磁性体としての
永久磁石１２を備えた弁体１３と、永久磁石１２
と近接する位置に配設された固定鉄心１４を有
し、永久磁石１２とは反発する方向の磁力を発生
するコイル１５と、流体入口１６の圧力を受けて
弁体１３を閉弁付勢するダイヤフラム１７とを備
え、コイル１５に印加する電流を制御することに
より電磁反発力を制御しガバナ設定力を可変する
ごとく構成されている。１８は弁体１３を閉弁付
勢する巻ばねである。

この駆動部６′では、コイル１５への通電量一
定時において弁体１３、すなわち永久磁石１２が
変位すると、永久磁石１２と固定鉄心１４間のエ
アーギヤツプの２乗に比例して電磁力が変化す
る。

これらの従来例では、ダイヤフラム４，１７及
びスプリング５、巻ばね１８の影響が圧力比例制
御弁の基本性能の一つであるガバナ特性に出てし
まう不具合があつた。この点について第６図〜第
８図により説明する。

第６図はコイル１０及び１５に所定の通電量を
印加した場合における弁体２及び１３の変位量
X_V、つり弁開度とを電磁力下_nの関係及び弁体変
位量X_Vとダイヤフラム４及び１７とスプリング
５、巻ばね１８の合計たわみ力F_kの関係を示し
た特性図である。前記したように第４図従来例で
はＡの特性に示したように弁体２が変位しても電
磁力F_nは変化せず一定であり、第５図従来例で
はＢに示したごとく、弁体１３が変位すると永久
磁石１２と固定鉄心１４間のエアーギヤツプが大
きくなるため、弁体１３の変位にともない電磁力
F_nが減少する。

第７図は、弁体変位量X_vとガバナ設定力F_g、
すなわち実質的に弁体２，１３に作用する力の関
係を示した特性図であり、ここでは電磁力F_nと
たわみ力F_kの差を示している。第７図からわか
るように第４図従来例ではA′に示すようにダイ
ヤフラム４とスプリング５のたわみ力F_kがガバ
ナ設定力F_gの変化に直接影響し、第５図従来例
ではB′のようにたわみ力F_kと電磁力F_nの変化の
両方がガバナ設定力F_gに影響する。

第８図は流体入口側の一次圧P₁と流体出口側
の二次圧P₂の関係を示すガバナ特性である。一
次圧P₁の変化にともない自動的に弁開度が調節
されるわけであるが、一次圧P₁が増加すると二
次圧P₂が増加し、弁体２，１３を上方向に変位
させ弁体変位量Xvが小さくなり、したがつてガ
バナ設定力Fgが大きくなり、逆に一次圧P₁が減
少すると弁体変位量Xvが大きくなり、ガバナ設
定力Fgが小さくなる。したがつてA″及びB″に示
したように理想的な特性Ｃに対して増加方向の特
性となる。この傾向は、大きな弁開度が必要とな
る低発熱量のガス燃料用として使用する場合特に
影響が大である。

第４図従来例においてガバナ特性を良好にする
ためにはダイヤフラム４及びスプリング５のバネ
定数を限りなく小さくすればよいが、実用には限
度があり、またスプリング５での閉弁力を大きく
とりたい場合、小さなバネ定数で大きな設定力を
得るためスプリング５の大型化につながる。

また第５図従来例では永久磁石１２と固定鉄心
１４間のエアーギヤツプを大きくし、電磁力F_n
の変化を小さくすれば改善できるが、エアーギヤ
ツプ間の磁束密度が低下するため、コイル１５の
大型化につながる。

発明が解決しようとする問題点 以上述べたように従来例ではダイヤフラム、ス
プリング、及び巻ばねが圧力比例制御弁のガバナ
特性に悪影響を与えてしまう問題点を有してい
た。

問題点を解決するための手段 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、比例制御が行えるとともに良好なガバ
ナ特性が得られ、かつ駆動部の小型化を図ること
を目的とする。

この目的を達成するための本発明による圧力比
例制御弁は、流体入口、流体出口の間に設けた弁
座と、弁体と、その弁体と一体に設けられた流体
圧を受けて動作するダイヤフラムと、前記弁体を
閉弁付勢する付勢要素とから構成されるガバナ部
と、コイルと、固定磁性体と、前記コイルへの通
電により発生する電磁力により前記弁体を動作さ
せるプランジヤとから構成されるプランジヤ方式
の駆動部とからなり、前記プランジヤの変位に対
する電磁力の変化率k_fnと、前記ダイヤフラムと
付勢要素の弁体変位に対するたわみ力の変化率
kεをガバナ設定力が一定となるよう略一致させ
て構成したものである。

作 用 この構成により、一次圧（流体供給圧）が変化
してプランジヤのコイル及び固定磁性体との相対
位置が変化し電磁力が変化した場合、その時の電
磁力の変化率k_fnと、ダイヤフラム及び付勢要素
の弁体（プランジヤ）の変位に対するたわみ力の
変化率kεが略等しくしてあるため電磁力の変化
が吸収されガバナ設定力を一定なものにできる。
また、電磁力の変化がガバナ特性に影響しないた
め、駆動部の磁気効率が高められ、小さな起磁力
で制御が行える。したがつて駆動部の小型化が図
れる。

実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は、本発明による圧力比例制御弁の断面
構造図を示す。１９はガバナ部であり流体入口２
０と流体出口２１の間に設けた弁座２２を設けた
弁ボデイ２３、流体入口２０側の圧力を受けて動
作するダイヤフラム２４が上下に設けた膜板２５
ａ，２５ｂとともにピン２６及びプツシユナツト
２７により固定装着された弁体２８、弁体２８に
嵌挿されるとともにリングホルダ２９により狭持
され弁座２２に当接して弁を開止する弾性体製の
シールリング３０及び弁体２８を閉弁方向に付勢
する付勢要素３１とベースキヤツプ３２を有す
る。

３３は駆動部であり、コイル３４とコイル３４
を包囲するごとく設けたヨーク３５及び継鉄板３
６からなる固定磁性体３７、及びコイル３４の中
央部に貫通して設けた摺動パイプ３８内を上下動
自在に設けたプランジヤ３９を有し、コイル３４
に通電することにより電磁力が発生し、プランジ
ヤ３９は下方に変位して弁体２８を変位させ、流
体出口２１の圧力（流量）を制御する。

以上の構成において非通電時には付勢要素３１
によつて弁体２８は閉弁力を受け、シールリング
３０が弁座２２に押し付けられて流体の流通を遮
断する。次にコイル３４を通電すると電磁力がプ
ランジヤ３９に作用して弁体２８を下方に変位さ
せ、コイル３４への通電量に応じて流体出口２１
側の圧力が制御され、また周知のガバナ機能を有
する。つまり、この種圧力制御弁に必要な比例制
御、流体遮断、ガバナの３機能を有する多機能型
圧力制御弁となる。

第２図は、弁体２８の変位量X_vとコイル３４
に所定の通電量を印加した時の電磁力F_nの関係
及びダイヤフラム２４と付勢要素３１の弁体２８
の変位X_vに対するトータル的なたわみ力F_kの関
係を示したものである。ここでこの種プランジヤ
タイプの駆動部３３では、コイル３４によりプラ
ンジヤ３９を引込むソレノイド吸引力とプランジ
ヤ３９の上面３９ａとヨーク上面３５ｂ及びプラ
ンジヤ３９の下面３９ｂと継鉄板３６間に作用す
る吸引力の合力がプランジヤ３９を下方に変位さ
せる電磁力F_nとして作用する。ソレノイド吸引
力はプランジヤ３９の中心がコイル３４の高さ方
向の中央部に位置する時に最も力が大きく、また
後者の吸引力はエアーギヤツプの２乗に比例して
エアーギヤツプが小さくなるほど大きくなる。そ
の結果、起磁力すなわちコイル３４への通電量を
一定にした状態でプランジヤ３９が変位すると第
２図に示したごとく電磁力F_nは右上りの特性と
なる。本実施例では弁体２８が閉止点から全開
maxまで変位する変位量Ｘに対する電磁力F_nの
変化量△F_nの比率k_fn＝△F_n／Ｘと、たわみ力F_k
の変化量△F_kの比率kε＝△F_k／Ｘを略等しく設
定している。したがつて第３図に示すように流体
出口２１側の圧力を一定に保つためのガバナ設定
力Fg、つまり電磁力Fmとたわみ力Fkの差は弁
体変位量X_vが変化してもほぼ一定なものにでき
る。その結果、第８図Ｃの特性に示したように二
次圧P₂の変動のない理想的なガバナ特性が得ら
れる。

以上のごとく本実施例によれば、弁体変位X_v
の変位に対する電磁力F_nの変化率k_fnとたわみ力
F_kの変化率k〓を略一致させる（具体的には付勢要
素３１のバネ定数を調整する）のみの簡単な操作
でガバナ特性を良好なものにできる。また、一般
的にこの種プランジヤ式の電磁駆動部では磁気回
路における磁気効率を高めるほどプランジヤ３９
の変位に対する電磁力Fmの変化は大きくなるが
本実施例では電磁力F_nの変化を付勢要素３１の
バネ定数を利用してキヤンセルするため大きな電
磁力変化を有する駆動部３３を使用できる。この
ことはプランジヤ３９の上面３９ａとヨーク３５
の上面３５ａ間、及びプランジヤ３９の下面３９
ｂと継鉄板３６間のエアーギヤツプを小さくでき
ることにつながり、ヨーク３５、継鉄板３６、プ
ランジヤ３９で形成される磁気回路の磁気抵抗が
低減できる。したがつて駆動部３３の小型化、低
コスト化が図れる。さらに弁座２２と弁体２８間
に弾性体製のシールリング３０を設けて閉止を行
うため、比例制御、流体遮断、ガバナ機能を有す
る多機能な圧力比例制御弁を提供できる。特に流
体遮断機能を付加する場合、付勢要素３１の設定
力を大きくする必要があるが、本実施例によれ
ば、この種流体遮断機能を有する場合においても
付勢要素３１のばね定数を大きくできるため、良
好なガバナ特性が得られるとともに、付勢要素３
１をコンパクトなものにできる。

なお燃料ガスの制御を行う場合、ガス種によつ
て発熱量が異なり、制御二次圧P₂及び弁開度X_v
が異なるため、必然的にコイル３４への制御電流
及びF_nの変化率k_fnが異なつてくるが、各ガス種
に応じて付勢要素３１のバネ定数を変更すればよ
い。また、若干のガバナ特性の変化幅が許容され
る場合は、制御二次圧P₂が中間的な値であるガ
ス種、たとえば１３Ａ等の天然ガスグループを制
御する場合の変化率k_fnとたわみ力の変化率k〓を
略一致させておけば、燃料ガス共通で使用でき
る。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば以下の効果
が得られる。

(1) プランジヤタイプの駆動部を用いるととも
に、弁体変位量X_vに対する電磁力の変化率k_fn
と、ダイヤフラムと付勢要素のたわみ力の変化
率k〓を略一致させる（具体的には付勢要素のバ
ネ定数を調整する）のみの簡単な操作でガバナ
特性を良好にできる。このことは特に空燃比制
御等高精度な流量制御を行う場合に好適であ
る。

(2) 電磁力F_nの変化を付勢要素によつて吸収す
るため、電磁力変化の大きい駆動部が使用でき
る。したがつて電磁駆動部の磁気効率を高める
ことができ、駆動部の小型化、低コスト化が実
現できる。

(3) 閉止機能を付加する場合等、閉弁力を大きく
する場合においてもガバナ特性を悪化させるこ
とがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧力比例制御
弁の断面図、第２図は同弁体変位量と電磁力の変
化を示す特性図、第３図は同弁体変位量とガバナ
設定力の関係を示す特性図、第４図は従来例を示
す圧力比例制御弁の断面図、第５図は他の従来例
を示す圧力比例制御弁の断面図、第６図は従来例
における弁体変位量と電磁力の関係図、第７図は
同弁体変位量とガバナ設定力の関係図、第８図は
ガバナ特性図である。 １９……ガバナ部、２０……流体入口、２１…
…流体出口、２２……弁座、２４……ダイヤフラ
ム、２８……弁体、３１……付勢要素、３３……
駆動部、３４……コイル、３７……固定磁性体、
３９……プランジヤ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体入口と流体出口の間に設けた弁座と、弁
   座に対向して設けた弁体と、前記弁体に一体に設
   けられ流体圧を受けて動作するダイヤフラムと、
   前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢要素とから構
   成されるガバナ部と、コイルと、固定磁性体と、
   前記コイルへの通電により発生する電磁力により
   前記弁体を動作させるプランジヤとから構成され
   る駆動部とからなり、前記プランジヤの変位に対
   する電磁力の変化率k_fnと前記ダイヤフラムと付
   勢要素の弁体変位に対するたわみ力の変化率k〓を
   ガバナ設定力が一定となるよう略一致させた圧力
   比例制御弁。