JPH0471008A - 流量調整器及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、流量調整器及びその使用方法に関する。

［背景技術］ 流量調整バルブ等の流量調整器における弁回転角等の制
御変数θと流量Ｑとの間係は、第８図に示すように線形
となっていた。すなわち、従来の流量調整器では、流量
Ｑか、制御変数θの一次関数 Ｑ＝Ｈ，（θ＋β、）　　　　　・・・■となるように
設計されていた。ここで、Ｈ２及びβ、は、流体圧ｐに
依存する変数である。第８図は、従来の流体調整器にお
ける流量Ｑと制御変数θとの関係を示す図であって、そ
れぞれ流体圧かｐｔ＋　ｐ２．１）３（ｐ＋＜１）２＜
１）３）の場合の関係を示している。したがって、この
ような流量調整器を用いると、制御変数を△θだけ回転
させた場合、流量Ｑは制御変数の変量Δθに比例した量
ΔＱ＝ＨｐＸΔθ　　　　　　　・・・■たけ変化させ
られる。

しかしながら、このような流量調整器では、■式の係数
Ｈｐが流体圧ｐによって変化するため、弁回転角等の制
御変数θを同量だけ変化させても流体圧ｐによって流量
Ｑの変化の仕方が異なっている。

このような流量調整器を用いる場合、通常は流体圧ｐを
検出する手段を備えておらず、代表的な水圧についての
流量Ｑと制御変数θとの関係（例えば、第８図の流体圧
ｐ２の直線）を用いて流量調整を行なっている。このた
め、流量検知器によって検圧されている現在の流量がＱ
ｌで目標流量がＱ２の場合、第８図の流体圧ｐ２の直線
に従って、制御変数θの変量Δθが求められる。

しかし、実際には、水圧がｐ２よりも低く、ｐｌ（＜ｐ
２）であった場合には、第８図に示すように、制御変数
θをΔθだけ回転させても流量がＱ３　（Ｑｌ＜０３＜
０２）にしかならない。このため、流量を検出して目標
流量Ｑ２を得るように制御変数θを再度変化させ、それ
でも目標流量に達しなければもう一度制御変数を変化さ
せなければならず、漸近的に目標流量に接近してゆくの
で、目標流量に達するまでに時間が掛かり、制御スピー
ドが遅くなるという問題があった。

また、水圧がｐ２よりも高く、ｐ３（＞ｐ２）であった
場合には、制御変数を八〇だけ変化させると、第８図に
示すように、流量がＱ４（＞０２）となり、流量が目標
流量Ｑ２よりも大ぎくなり過ぎるので、再度流量を検圧
して目標流量を得るように制御変数を反対側へ戻さなけ
ればならず、流量がオーバシュートしたり、ハンチング
（目標流量の上下で振動すること）したりし、安定した
流量を得られないという問題があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、流体圧の違いによって
ハンチングやオーバシュート等を起こしたり、制御スピ
ードが低下したりすることがなく、ハンチング等を起こ
すことなく最も制御スピードの大きな流量調整器を提供
することにある。

口課題を解決するための手段］ 本発明の流量調整器は、制御変数によって流量を制御す
る流量調整器において、流量が制御変数によってほぼ指
数関数的に制御されるようにしたことを特徴としている
。

さらに、具体的にいうと、本発明の流量調整器は、流量
Ｑが、流体圧ｐに依存する係数Ｋｐを含む関係 Ｑ＝Ｋｐ×Ｃθ にほぼ従って、制御変数θにより制御されるようにして
いる。

また、上記流量調整器の使用方法は、流量検知器によっ
て検圧された流量と目標流量の比から、制御変数の変化
量を求め、求めた制御変数の変化量だけ制御変数を変化
させることを特徴としている。

［作用］ 本発明にあっては、流量Ｑが制御変数θによってほぼ指
数関数的に制御されるようになっているので、略 Ｑ−Ｋｅａθ と表わされる。ここで、係数には流体圧ｐに依存する変
数であるので、Ｋ、と書ぎ、ｅ’＝ｃ（ａは定数）とお
くと、上式は、 Ｑ＝に、Ｃθ と表わされる。

このような流量調整器は、制御変数θ、θ十Δθの時の
流量をそれぞれＱｌ、Ｑ２とすると、となるので、制御
変数を単位量だけ増加させると、流量Ｑは流体圧ｐに係
わりなく０倍となる。また、制御変数θは、任意に選択
することができるが、例えば、弁体の回転角やモータの
回転角、弁体の摺動距離等を選ぶことかできる。

したかつて、従来のように流量検知器で検出した流量と
目標流量との差を取り扱うのでなく、検出された流量と
目標流量との比を求め、流量を何倍にするかということ
から制御変数θの制御量Δθを求めれば、流体圧ｐの値
と関係しない制御変数θの制御量Δθを求めることがで
きる。こうして求めた制御量Δθだけ制御変数θを変化
させて目標流量に到達させるようにすれば、従来のよう
に流量がハンチング等を起こして不安定となったり、制
御スピードが低下して目標流量に到達するまでに時間が
掛かったりすることを防止できる。

また、このようにして求められる制御変数の変化量は、
流量の比のみで決まり、流量検知器で検圧されている流
量に依らないので、−層流量調整が容易になる。

［実施例］ 本発明の流量調整器においては、流量Ｑと制御変数θと
の関係が、 Ｑ　＝　Ｋ　、Ｃθ　　　　　・・・■に従って決まる
よう設計されている。ここで、Ｋ９は、流体圧ｐによっ
て変化する係数であって、流体圧ｐが大きくなるとに、
を大きくなる。

したがって、このように設計された流量調整器では、制
御変数が００から単位量だけ増加させられると、流量は
、 （θ。＋１） Ｑ＝に、Ｃ＝ＣＣ１ｏ　　　　・・・■となる。すなわ
ち、制御変数θか単位量だけ増加する度に流体圧ｐ及び
流量Ｑ。と関係なく、流量Ｑは定数倍（０倍）となる。

この流量調整器の使用方法の一例を説明する。

第２図は、バイパスミキシング方式の給湯装置でであり
、熱交換器７を有する主流路６に、熱交換器７をバイパ
スさせるようにしてバイパス水路３を設け、バイパス水
路３に流量サーボ弁のような流量調整器１と流量検知器
２を設け、流入水の水温Ｔ。を検出するための温度セン
サ８、熱交換器６口側の湯温Ｔ　ＩＩを検圧するための
温度センサ９及び湯と水の混合されたミキシング温度Ｔ
Ｍを検出するための温度センサ１０を設けている。そし
て、流量調整器１によって混合する水量Ｑｓを調整する
ことにより設定温度の湯Ｔ８を出湯させるようになって
いる。

また、制御部４は、湯温設定器５から入力された設定温
度Ｔ８、水温Ｔ。、湯温Ｔ、、ミキシング温度ＴＭ及び
流量Ｑｓを読み込み、設定温度Ｔ８の湯す出湯するよう
に流量調整器１を制御している。

すなわち、制御部４では、現在の熱交換器７側とバイパ
ス水路Ｓ側との湯水分配比 と（Ｑｌ（は、熱交換器を通過する一定流量）、設定温
度Ｔ８の湯を出湯させるための湯水分配比を求められる
。■式の関係より、流量比Ｑ、／Ｑ。

と制御変数θの制御量Δθとの間には、と表わされる。

制御部４は、０式に従って制御量Δθの値を計算し、こ
の値に基ついて流量調整器ｌの制御変数θ（例えば、弁
回転角）を制御し、バイパス水路３を流れる流量かＱ、
となるように調整し、設定温度Ｔ３の湯を出湯させる。

なお、上記Ｃの値としては、実験値として、Ｃ＝１．０
１３５という値を用いたところ良好な結果が得られた。

上記のようにして流量を制御する場合の作用を図によっ
て説明する。第１図は、本発明の一実施例の流量調整器
における流量Ｑと制御変数θとの関係を、流体圧ｐｚ　
Ｉ）２．　Ｔ）Ｆｌについて示したものである。検圧さ
れた流量Ｑ、に対し、流量をＱ。

まで変化させるとする。このとぎ、流量比Ｑ、／Ｑ、を
用いて制御変数θの制御量Δθを求め、流量Ｑ、の状態
からΔθだけ制御変数θを変化させると、第１図に示す
ように、いずれの流体圧ｐ＋＋の関係があるから、制御
量Δθは、 １）２．１）３についても、同じ流量Ｑ、に到達する。

また、流量Ｑを例えば２倍、３倍等にしたい場合、初め
の流量がどのような値であっても制御変数の制御量Δθ
は同じになり、流量調整器１の制御が容易になる。

したがって、このような流量調整器を用いると、流体圧
ｐの違いによって制御変数θの制御量Δθが異なること
がなく、ハンチングを起こすことなく目標流量まで速や
かに到達させることができ、安定で制御スピードの大き
な流量調整器を製作できる。但し、流量調整器の弁が開
かれると、流体圧が低下するために、流量が目標流量か
ら若干低下する傾向となり、また弁が閉じられると、流
体圧が大きくなるために流量が目標流量よりも若干大き
くなる傾向があるので、流量の制御が若干穏やかとなる
ことがある。したがって、本発明の流量調整器では、ハ
ンチング等を起こしにくい制御方法となる。このため目
標流量に到達しなかった場合には、制御変数θの制御量
Δθを求めて目標流量となるように再度流量調整器を制
御すればよいが、その場合も弁開度の変化による流量の
変動は小さいので、従来例よりも目標流量への収束が速
く、大きな制御スピードを得ることができる。

この結果、本発明の流量調整器は、ハンチング等を起こ
さない範囲で、最大の制御ヌピートを実現できるもので
あるといえる。

上記のような流量調整器の具体的構成としては、種々の
構成が可能である。

例えば、第３図に示すものは、流量センサ１２と流量調
整部１３とからなる流量調整器１１の一例であり、流量
調整部１３は、モータ１４の回転をコンバータ１５によ
って直線運動に変換させ、コンバータ１５によって弁体
１６を摺動させ、弁体１６と弁座１７との間の開口度を
調整するようにしたものである。ここで、モータ１４は
直流モータもしくはパルスステップモータであり、電流
供給時間もしくはパルス数に比例した角度回転し、コン
バータ１５はモータ１４の回転角に比例した直線距離だ
け弁体１６を摺動させる。

弁体１６は軸心１８の回りに軸対称な形状をしており、
外周面の形状は次のようにして決められる。第４図に示
すように、弁体１Ｇの軸心１８から弁座１７の内周面ま
での距離をＲ１弁体１６の後端から距離Ｘにおける弁体
１６の半径をｒとすると、第４図に示すように、弁座１
７から弁体１６の後端部がＸだけ外に出ている状態にお
ける弁体１６と弁座１７との間の開口面積Ｓは、Ｓ−π
Ｒ２−πｒ２ となる。流量調整器１１を流れる流量Ｑは、この開口面
積Ｓに比例すると考えると、比例係数をＧとして、 Ｑ＝ｙｒＧ　（Ｒ２−ｒ”） と表わされる。この流量Ｑが制御変数に対して指数関数
的に変化すればよいから、例えば弁体１８の摺動量を制
御変数に選ぶと、弁体１６の摺動量は弁体１６の弁座１
７から出ている長さＸで表わすことができるので、 Ｑ＝πＧ　　（Ｒ２−ｒ２）＝に、Ｂ翼とすればよい（
Ｂは定数）。すなわち、弁体１６の半径ｒを後端からの
距離Ｘの関数とじてとなる。制御変数θとしては、弁体
ＩＧの移動距離Ｘと線形の関係にある量であれば、Ｂ・
−Ｂ（′″ｅ＋ｂ）−Ｂ・・（Ｂ・）０＝Ａ−Ｃθ となり、Ｑとθとは指数関係を保存できるので、このよ
うな変数を制御変数とすることができる。

したがって、制御変数としては、弁体１６の直線移動距
離のほか、モータの回転角、直流モータのオン時間、パ
ルスステップモータのパルス数などを制御変数θとする
こともできる。

第５図に示すものは、本発明の流量調整器２１の他側の
一部を示す断面図であり、開口２２，２３を有する固定
摺接板２４と回動摺接板２５を互いに摺動自在に圧接さ
せ、モータ（図示せず）で回動摺接板２５を回転させる
ことにより、固定摺接板２４と回動摺接板２５の間の開
口度を変化させるようにしたものである。この固定摺接
板２４と回動摺接板２５には、それぞれ第６図に示すよ
うな形状の開口２２．２３が設けられている。第７図は
、この開口形状の決定の仕方を示しており、固定摺接板
２４には、中心角ｎ　の例えば扇形をした開口が開けら
れている。一方、回動摺接板の開口の面積を単位角度毎
に分割して各部の開口面積をΔＳ１．ΔＳ２．・・・と
する時、ΔＳ、＝ＳｏＣ’　　　　（Ｓｏ＝ΔＳ、）と
なるように決めである。したがって、ΔＳ、〜ΔＳｊ＋
ｎ−１が固定摺接板２４の開口と重なっている時の開口
面積をＳ、とし、この状態から回動摺接板を１°だけ回
転させた時の開口面積をＳ、＋１とすると、 Ｓ　４＝　Ｓ　ｏ（Ｃ’＋　Ｃ”’＋　−十Ｃ”’−’
）Ｓ　　４−＋＝　　Ｓ　　ｏ（Ｃ”’＋　　Ｃ”’−
’＋　　−十　Ｃ”　″）＝ＣＳ。

となるので、開口率及び流量は、回動摺接板の回転角等
を制御変数として指数関数に従う（０式参照）。なお、
第７図では、開口の外縁半径は一定値Ｒ１とし、内縁半
径ｒ１は角度φの関数として、ｒｌ−（Ｒ１”　　Ｓｏ
Ｃφ）・・・ となるように決めている。

なお、図示しないが、回転摺接板２５及び固定摺接板２
４の開口２２．２３は、複数個設けてもよい。また、２
Ｇの部分は、開口されておらず、傾斜面となっている。

［発明の効果］ 本発明によれば、流体圧によることなく流」調整を行わ
せることができる。このため、流量にハンチング等を発
生させることなく、最も速い制御スピードで流量調整を
行わせることができる。しかも、制御変数の変化量は、
流量の比のみで決まり、流量検知器で検出されている流
量に依らないので、流量調整が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量調整器の使用方法及び作用を説明
する図、第２図は本発明の流量調整器を用いた流量調整
機構を示す概略図、第３図は本発明の一実施例を示す一
部破断した側面図、第４図は同上の弁体を示す拡大側面
図、第５図は本発明の別な実施例の弁体を示す部分断面
図、第６図は同上の回転摺接板及び固定摺接板の正面図
、第７図は同上の開口の決定方法を示す説明図、第８図
は従来例の作用を説明する図である。 １．１１・・・流量調整器 ２・・・流量検知器 ４・・・制御部 特許出願人　株式会社　ノーリツ 代理人　弁理士　中　野　雅　房 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）制御変数によって流量を制御する流量調整器にお
   いて、 流量が制御変数によってほぼ指数関数的に制御されるよ
   うにしたことを特徴とする流量調整器。
2. （２）流量Ｑが、流体圧ｐに依存する係数Ｋ＿ｐを含む
   関係 Ｑ＝Ｋ＿ｐ×Ｃ＾θ にほぼ従って、制御変数θにより制御されるようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の流量調整器。
3. （３）請求項１又は２の流量調整器を使用するための方
   法であって、 流量検知器によって検出された流量と目標流量の比から
   、制御変数の変化量を求め、求めた制御変数の変化量だ
   け制御変数を変化させることを特徴とする流量調整器の
   使用方法。