JPH0313463B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ガス燃焼器具等に搭載され、湯温、
室温等の燃焼負荷信号に応じてガス流量を連続的
に制御し、所望の湯温、室温が得られるように動
作する比例制御弁を用いたガス流量制御装置に関
する。

従来例の構成とその問題点 従来のこの種ガス流量制御装置を第１図に示
す。１は流体入口２、流体出口３の間に設けた弁
座４と、その弁座４に対向して設けた弁体５及び
弁体５と一体的に設けられ、流体圧を受けて動作
するダイヤフラム６を有するガスガバナ部であ
り、周知のガバナ機能を有するとともに、弁座４
と弁体５の当接部に弾性体７を設け、かつ弁体５
を閉弁方向に付勢する閉止ばね８を設けることに
より、ガス流路を遮断する閉弁機能を有してい
る。

９はコイル１０とヨーク１１及び両端を板ばね
１３で支持されたプランジヤ１４を有する電磁駆
動部であり、コイル１０に通電することにより電
磁力が弁体５に作用し、連続的に流量を制御する
ことができる。つまり、湯温等の負荷信号S_Fを検
出し、設定信号S_Sとの偏差信号に応じた通電量を
コイル１０に供給すれば、必要なガス流量が自動
的に制御され、所望の湯温が得られるものであ
る。

この種のガス流量制御装置では、流量比例制御
機能、ガスガバナ機能、閉弁機能を有しており、
ガス制御ブロツクのコンパクト化、低コスト化が
実現できるが、以下の問題点を有している。すな
わち、閉弁機能を持たせるためには、閉止ばね８
の閉弁力を大きくする必要がある。第２図は、コ
イル１０へ供給するコイル電流Ｉと電磁力F_e、
すなわち弁体５を下方に変位させる力の関係を示
したものであり、閉止ばねの力をF_sとし全開流量
となる力をF_nとすると流量制御に要するコイル
電流の範囲はI_s〜I_nとなる。流量制御に必要な力
（F_n〜F_s）は弁座４の口径と流体出口３の圧力に
より決まるが、閉弁力F_sの1/3以下となる場合が
あり、またこの種の電磁駆動部９では電流Ｉの２
乗に比例した電磁力F_eが発生するため流量制御
電流幅が狭くなる。したがつて第３図に示すよう
に流量制御特性のゲインが大となり、微少な電流
の変化ΔIが生じた場合でも大きな流量変化ΔQが
発生し、流量制御精度が悪くなり、またハンチン
グの原因となる。したがつて電気制御回路側で特
別の対策が必要となり、コストアツプ要因となつ
ていた。

また制御精度を確保するためには閉弁力F_sを弱
くする必要があり、閉止性能に不安があつた。

発明の目的 本発明はかかる従来の問題点を解消するもの
で、流量制御特性のゲインを小さくすることによ
り流量制御精度を向上させるとともに、充分な閉
弁力が得られるガス流量制御装置を提供すること
を目的とする。

発明の構成 この目的を達成するため本発明は、コイルと、
ヨークと、前記コイルの軸心方向に可動されるプ
ランジヤとを有する電磁駆動部を備え、弁座と、
前記弁座に対向して設けられ前記プランジヤと連
結された弁体と、前記弁座と前記弁体の当接する
位置に設けられた弾性体と、前記弁体を閉成する
方向に付勢する閉弁ばねと、前記弁体に固着され
たダイヤフラムとを有するガスガバナ部とを備
え、直流信号にデイザ信号を重畳させて前記電磁
駆動部を制御する制御回路を備え、前記電磁駆動
部の磁気回路を形成する前記ヨーク及び前記プラ
ンジヤの少なくとも一方に狭小部を設けたもので
ある。

この構成により、電磁駆動部の磁気回路におい
て前記ヨーク及び前記プランジヤの少なくとも一
方に設けた狭小部における磁気飽和が生じるコイ
ル電流を調整する事ができるので、ガス流量が変
化しない閉止ばねの力に相当する電磁力が発生す
る電流付近までは電磁駆動部の磁気回路を磁気飽
和させずに電流の２乗に比例して電磁力を発生さ
せる事ができる。そして、ガス流量が変化する流
量制御電流域では、電磁駆動部に磁気飽和を生じ
させる事ができるので、電磁力は電流に正比例す
る。このため、比例制御弁の比例制御域における
ゲインを小さくすることができる。

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を第４図を用いて説明
する。

第４図は流量制御装置を示し、ガスガバナ１５
と電磁駆動部１６から構成される比例制御弁１７
と電磁駆動部１６を制御する制御回路１８、湯温
等の負荷の検出信号と設定信号S_Sを比較し、その
偏差信号を制御回路１８に与える比較器１９とか
ら構成されている。

ガスガバナ部１５は流体入口２０、流体出口２
１の間に設けた弾性体の弁座２２、弁座２２に対
向して設けた弁体２３と弁体２３を閉弁方向に付
勢する閉止バネ２４を有し、弁体２３の上部には
流体入口２０側の圧力を受けて作動するダイヤフ
ラム２５が膜板２６を介してピン２７が止め輪２
７ａによつて圧入固定されて気密に装着されてい
る。

２８は弾性体の弁座２２のロツクリングであ
り、圧入により弁ボデイ２９内に気密に固定され
ている。

３０はベースキヤツプであり、パツキン３１を
介して弁ボデイ２９へ気密に装着されている。

３２はダイヤフラム２５の背圧室２５ａを形成
するとともにダイヤフラム２５の外周ビードを圧
接し気密に保持するダイヤフラムブラケツトであ
る。

電磁駆動部１６は、コイル３３とヨーク３４と
継鉄板３５と、コイル３３の中心部に貫通した摺
動パイプ３６と、摺動パイプ３６内を上下動可能
に設けたプランジヤ３７及びプランジヤ３７とピ
ン２７の間に設けた非磁性体からなるスペーサ３
８を有する。プランジヤ３７には、断面積を小さ
くし磁気飽和させるための切欠部３９を設けてい
る。

ダイヤフラムブラケツト３２と摺動パイプ３６
の間にはシール材４０を設け、また摺動パイプの
上部には、弁振動を防止するためのダンパー作用
をはたすベント４１を設けたキヤツプ４２が圧入
固着されており、ダイヤフラム２５の背圧室２５
ａはベント４１のみにより大気と連通している。

制御回路１８は、湯温、室温等の燃焼負荷信号
S_Fと所望の設定信号S_Sを比較し、その偏差信号に
応じて直流信号を発生し駆動電流としてコイル３
３に供給する直流制御回路と、その直流信号にデ
イザ信号を重畳させる回路で構成されている。

以上の構成において通電しない状態では、閉止
ばね２４の作用により充分な閉止力で弁体２３は
弾性体製の弁座２２に押圧され、流体入口２０側
にガス圧力が作用しても流体出口２１へ流出せず
弁閉止がなされる。

通電されると設定信号S_Sと燃焼負荷信号が比較
器１９で比較され、その偏差信号が制御回路１８
でデイザ信号を重畳した直流電流となつてコイル
３３に供給される。

デイザ信号は、電磁駆動部１６の摺動パイプ３
６とプランジヤ３７の摺動部分に発生する静止摩
擦や摺動摩擦を減少させ、駆動電流の変化に対し
てスムーズにプランジヤ３７を動作させるための
ものである。本発明の実施例においては電源周波
数と同一の50Hzもしくは60Hzの正弦波交流をデイ
ザ信号として用いている。なお、デイザ信号の周
波数及び電流値は、プランジヤ３７のデイザ信号
に対する応答性を考慮して実験を通して決められ
るものである。

制御回路１８からコイル３３に通電されると、
プランジヤ３７は電磁力によつて下向きの力を発
生し閉止ばね２４の力に抗して弁体２３を開弁さ
せようとする。さらに通電すると閉止ばね２４の
閉止力に電磁力が打ち勝つて弁体２３を開弁し、
ガスは流体出口２１を経てバーナー（図示せず）
へ流出する。ここでデイザ信号を重畳していない
場合の電磁駆動部１６のコイル電流Ｉと電磁力
Feの関係を第５図に示す。図から明らかのよう
にプランジヤ３７の一部分を他の部分より狭小と
なるように狭小部である切欠部３９を設けて断面
積を小さくしているため、ある電流以上になると
切欠部３９に磁気飽和が生じてくる。磁気材料の
磁気特性であるいわゆるＢ−Ｈ特性から明らかな
ように磁気飽和が起きると磁気ヒステリシスが大
きくなり、電磁駆動部１６としての磁気ヒステリ
シスが大きくなる。

第６図ａは、デイザ信号を直流信号に重畳させ
た場合のコイル電流Ｉと電磁力Feの関係である。
この図から明らかなようにデイザ信号を重畳させ
ると、磁気飽和により大きくなつた磁気ヒステリ
シスを小さくすることができる。次に第６図ｂを
用いてデイザ信号の効果を説明する。図において
デイザ信号を重畳しない時の特性は実線で示す特
性アとなり、コイル電流Ｉを増加させる場合と減
小させる場合とで磁気ヒステリシスにより異なる
軌跡を描く。ここで、コイル電流Ｉを増加させる
途中でたとえば、Ａ点に達した段階でコイル電流
Ｉを減小させてもとにもどすと、磁気材料のいわ
ゆるマイナーループと同様に、小さなループ状の
軌跡を描く。これは、コイル電流Ｉを最大電流ま
で印加してから減小させる場合においても図示す
るように同様なループ状の軌跡を描く。つまり、
一定の振幅で電流を上下させながらコイル電流Ｉ
を連続的に変化させていくと、その平均値は、ル
ープ状の軌跡の中点となり、破線で示す特性イと
なる。

すなわち、一定の振幅で電流を上下させる動作
が、デイザ信号に相当し、数十Hzの周波数で連続
的に重畳しているため、磁気ヒステリシスを減小
させる効果となつているものと考えられる。

同じく、第６図ａにおいて、閉止ばね２４の開
弁力をF_sとし、全開流量となる力をF_nとすると
流量制御に要するコイル電流の範囲はI_s〜I_nとな
る。本発明の実施例では、電磁駆動部１６のプラ
ンジヤ３７に磁気飽和の生じる電流値を閉止ばね
２４の閉弁力に相当する電磁力F_s付近となるよう
に切欠部３９の断面積を設定している。このた
め、閉止ばね２４の閉弁力に相当する電磁力F_sが
発生する電流範囲までは、プランジヤ３７の切欠
部３９は未だ磁気飽和していない。したがつて、
この範囲では電磁力がコイル電流の２乗で増加
し、流量制御域においては、磁気飽和しているの
でコイル電流に比例した電磁力の特性が得られ
る。

第７図に本実施例によるガス流量制御装置の流
量制御特性を示す。図はコイル電流Ｉとガス流量
Q_gの関係を示しコイル電流の単位変化ΔIに対す
るガス流量の変化をΔQとすればゲインはΔQ／
ΔIで表現できる。そして、このゲインが小さい
程制御回路のばらつきや、温度特性の影響を受け
にくく、高精度の流量制御が行なえる。

以上のごとく本実施例によれば、弁座２２を弾
性体で構成し、閉止ばね２４で充分な閉弁力を与
えて弁閉止信頼性を向上させる。また、直流信号
にデイザ信号を重畳させるためプランジヤ３７の
摺動摩擦及びプランジヤ３７、ヨーク３４、継鉄
板３５からなる磁性材料の磁気ヒステリシスに起
因する流量制御特性のヒステリシスを減少させる
ことができる。なお、本実施例においてはプラン
ジヤ３７の一部分に切欠部３９を設けて狭小部と
しているが、電磁駆動部１６を構成する他の材料
のヨーク３４及び継鉄板３５の一部分に狭小部を
設けても同様の効果が得られる。さらにダイヤフ
ラム２５を設け、ガバナ機能を有するため、比例
制御弁、閉止弁、ガスガバナの３機能を集約で
き、流量制御装置全体のコンパクト化、低コスト
化を実現する。

発明の効果 以上のように本発明のガス流量制御装置によれ
ば次の効果が得られる。

弁座と弁体の当接部に弾性体を設けるとともに
閉止ばねにより充分な閉弁力を与えて弁閉止信頼
性を向上させるとともに、直流信号にデイザ信号
を重畳させて電磁駆動部を制御する制御回路を設
け、電磁駆動部は比例制御弁の流量比制御域が、
前記電磁駆動部の磁気飽和域となるように前記電
磁駆動部を構成する材料の一部に狭小部を設けて
いるので、コイル電流と電磁力の関係は、前記比
例制御域では比例関係となり、流量制御特性のゲ
インを小さくすることができる。また、充分な弁
閉止信頼性を保持しながら制御回路のばらつき、
温度特性に左右されず、高精度の流量制御が可能
となる。さらにデイザ信号を重畳させているため
電磁駆動部の摺動抵抗、及び磁気飽和による磁気
ヒステリシスによる流量制御特性のヒステリシス
を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すガス流量制御装置の断面
図、第２図は同装置の電磁力特性図、第３図は同
流量制御特性図、第４図は本発明の一実施例を示
すガス流量制御装置の構成図、第５図は同装置の
電磁力特性図、第６図ａは同装置のデイザ信号を
重畳させた場合の電磁力特性図、第６図ｂはデイ
ザ信号によるヒステリシス減少効果を説明するた
めの電磁力特性図、第７図は本発明の実施例にお
ける流量制御特性図である。 １５……ガスガバナ部、１６……電磁駆動部、
１７……比例制御弁、１８……制御回路、２２…
…弁座（弾性体）、２３……弁体、２４……閉止
ばね。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ コイルと、ヨークと、前記コイルの軸心方向
   に可動するプランジヤとを有する電磁駆動部と、
   弁座と、前記弁座に対向して設けられ前記プラン
   ジヤと連結された弁体と、前記弁座と前記弁体の
   当接する位置に設けられた弾性体と、前記弁体を
   閉成する方向に付勢する閉弁ばねと、前記弁体に
   固着されたダイヤフラムとを有するガスガバナ部
   と、直流信号にデイザ信号を重畳させて前記電磁
   駆動部を制御する制御回路を備え、前記電磁駆動
   部の磁気回路を形成する前記ヨークまたは前記プ
   ランジヤの少なくとも一方に狭小部を備えたガス
   流量制御装置。