JPH1130347A - 流体制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速での開閉切換を可能としかつリーク量を
少なくする。 【解決手段】 多数の小さな孔の集団からなる弁口５a
c，５ad，５bc，５bdを有しケーシング内を複数の室に
区画する仕切壁２と、該仕切壁２に沿って摺動し弁口５
ac，５ad，５bc，５bdを閉じると共に仕切壁２の弁口５
ac，５ad，５bc，５bdと合致する多数の小さな孔の集団
からなる弁口８ac，８ad，８bc，８bdを有する弁板６，
７と、該弁板６，７を仕切壁２に沿って摺動させる駆動
手段とを備え、駆動手段によって摺動する弁板６，７と
仕切壁２との両弁口５ac，５ad，５bc，５bd，８ac，８
ad，８bc，８bdが重なったときに流体が通過し両弁口が
完全にずれたときに遮断されるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体の流れの向きを変更
したり止めたりあるいは流量調整する流体制御弁に関す
る。更に詳述すると、本発明は、流体の流れを止めたり
流量調整する他、２系統の流体の流れ方向例えば２系統
の流路、特に蓄熱式交互燃焼システムにおける排ガスを
流す流路と燃焼用空気を流す流路との２系統の流路を蓄
熱体に対して交互に切替える四方弁や燃料を切り替える
ための三方弁などに用いて好適な流体制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、蓄熱体を利用して排ガスから相当
量の熱量を回収し燃焼用空気を予熱して炉内等へ熱を再
度投入する技術が開発されている。例えば、バーナに対
する燃焼用空気の供給と燃焼室内からの燃焼排ガスの排
気とを蓄熱体を通して交互に行い、蓄熱体に蓄わえられ
た燃焼排ガスの熱を使って燃焼用空気をプレヒートする
蓄熱型バーナシステムが提案されている。

【０００３】このような蓄熱型バーナシステムにおいて
は、蓄熱体に対して高温の排ガスが流れる流路と低温の
燃焼用空気が流れる流路とを切替える流体制御弁が必要
となる。従来、燃焼システムにおけるこのような流体制
御弁としては、４個の電磁弁の採用が一般的で、２重配
管に配置された４箇所の電磁弁を選択的に開閉させるこ
とによって高温ガスと低温ガスの流路を切替え得るよう
に構成されている。しかしながら、電磁弁によって構成
される流体制御弁は、高価な電磁弁を多数必要とするた
め、設備コストを引上げることとなる。特に、燃焼シス
テムでの熱交換に適用する場合、より高価な高温用電磁
弁を多数必要とするため、設備コストが高くなってしま
う。しかも、空気配管用電磁弁はかなり大型であるた
め、これを４個も必要とすると、かなりの場所をとると
共に配管が２重になって複雑となる問題がある。加え
て、空気と排ガスとの切替えを１分以内の短時間で頻繁
に行おうとする場合には、電磁弁では耐久性に不安があ
る。

【０００４】そこで、単一の比較的簡潔な構造の流体制
御弁によって流路の切替を行うことが望まれる。単一の
弁からなる流路切替手段としては、一般に４方弁などと
呼ばれる４ポート流体制御弁即ち４ポート方向制御弁の
使用が考えられる。一般的な四ポート方向制御弁は、４
つのポートを有するケーシング内で回動する切替弁板に
よって、四つのポートのうちの隣同士の２つずつを連通
させ、流路を切替えるようにした簡単な構造のものであ
る。

【０００５】また、４方弁には、シール性を向上させた
ものとして図８に示すようなフラッパ方式の弁も考えら
れている。このフラッパ式４方弁は、ケーシング２０６
の内側に切換弁板２０７が回転方向に当接して流体の漏
れを防ぐ仕切り２０８を設けている。切換弁板２０７は
その周縁部とケーシングとの間でのシールは必要ないの
で、切換弁板の回動のためにその周縁部とケーシングと
の間に隙間を設けても、その隙間から漏れを起こすこと
はない。更に、２流体の温度が異なる場合にも、切換弁
板の周りに隙間を設けていることから、切換弁板２０７
の伸びや逃げを充分にとることができるので動作不良の
可能性がない。

【０００６】更に、流体制御弁としては、弁座に対し垂
直方向の変位を与える弁棒（ロッド）によって弁体を開
閉動作させる２ポート弁や、４ポート弁と同様に弁体を
回転させて流体の流れの方向を切り換える３ポート弁な
どがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
な４方弁の構造では、切換弁板とその周囲のケーシング
との間の隙間からのリークを防ぐことが難しく、特に２
つの流体の間に大きな温度差がある場合には高温時に合
わせて隙間を設ける必要があることから必然的にリーク
量が大きくなり、弁内（ケーシング内）において２つの
流路がショートパスを起こす虞がある。

【０００８】また、フラッパ式４方弁においても、上述
の一般的な４方弁よりもリーク量を少なくすることはで
きても無くすことは難しい。切換弁板の回転を許容する
ために軸周辺に隙間が必要であり、そこから漏れが起こ
ってしまう。これを防ぐには軸部に高価なシール機構が
必要となる。特に、２流体の間の温度差が大きく一方が
高温の場合にはシールが困難であり、かつシール機構が
高価となる。

【０００９】しかも、１枚の弁板を正逆回転させてそれ
ぞれ対応する２つの弁口を同時に塞ぐ必要があるが、仕
切壁と弁板とを精度良く平坦に加工しかつそれらの位置
関係を正確に出すことは難しくリーク量が多くなる問題
がある。特に高温流体と低温流体とが交互に流れる場
合、温度差による変形も伴いリーク量が増大する。

【００１０】このため、通常の２ポート弁が１％以下程
度のリーク量となるのに対し、従来の四方弁のリーク量
は２０〜３０％にも達することがある。しかも、２つの
弁口の閉め切り精度が必ずしも一致しないので、切換え
る毎にリーク量が異なり、流量が切換前後で変動する問
題がある。更に、切換る時に全てのポートが同時に開と
なるので、２流路間でショートパスが起きたり、急激な
圧力変動を伴う。

【００１１】このため、例えば蓄熱型バーナシステムな
どに使用する場合、燃焼用空気が４方弁内において排ガ
ス流路側に絶えず洩れ、またその洩れ量も一定でなくか
つ不明であるため燃焼の空気比を正確にコントロールで
きないという不利がある。また、切換の都度ショートパ
スによる急激な炉内圧変動を伴う。更に、シール機構を
設ける場合にはその摩擦によってより大きな駆動力を必
要とする。

【００１２】更に、弁口を塞ぐのにゴムパッキンを張り
付けた弁板で押さえつける構造のため、大きな回転動力
が必要となる。即ち、駆動源となるモータやアクチュエ
ータなどが大形化する。

【００１３】更に加うるに、１枚の大形の弁板を９０°
の範囲で正逆回転させることにより開閉を行うので、切
換に必要な弁板の動き・ストロークが大きく、切換時間
を短くできない。即ち、１秒に１回あるいは１秒間に何
回といった流路の高速切換には不向きな構造である。ま
た、切換時の弁板のストロークは弁の大きさに比例する
ので、弁の大きさが変わると同じ駆動装置が使えないと
いう不便がある。

【００１４】また、単一の弁口を弁座に対して垂直方向
に移動する弁体で開閉する従来の２ポート弁では、弁を
僅かに開いた状態での流出係数の把握が難しいので正確
に流量調整を行うことが難しい。

【００１５】更に、三方弁も四方弁と同様に、リークの
問題や切り換え時間を短くできないという問題を有して
いる。

【００１６】本発明は、高速で開閉切換が可能でかつリ
ーク量の少ない流体制御弁を提供することを目的とす
る。また、本発明は、高速に流路切替操作が可能な流体
制御弁を提供することを目的とする。更に、本発明は、
２系統の流路、特に温度差のある２つの流体を流す流路
間において、単純な構造で相互に流体の漏れがない流体
制御弁を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ケーシング内を流れる流体
の向きを変えたり止めたりあるいは流量調整する流体制
御弁において、多数の小さな孔の集団からなる弁口を有
しケーシング内を複数の室に区画する仕切壁と、該仕切
壁に沿って摺動し弁口を閉じると共に仕切壁の弁口と合
致する多数の小さな孔の集団からなる弁口を有する弁板
と、該弁板を仕切壁に沿って摺動させる駆動手段とを備
え、駆動手段によって摺動する弁板と仕切壁との両弁口
が重なったときに流体が通過し両弁口が完全にずれたと
きに遮断されるようにしている。

【００１８】したがって、図３に示すように、複数の細
かな孔の集団で形成される弁口が仕切壁に沿って摺動す
る弁板によって開閉されるので、少なくとも孔の大きさ
と同じ量だけの変位を弁板に与えることによって弁の開
閉が行われる。

【００１９】加えてこの弁板のストロークは微小である
ため、平行度が失われることがなく仕切壁と弁板とを常
に付勢手段などで押さえつけることも可能となる。した
がって、弁板の動きをスムーズなものとしたまま仕切壁
と弁板との間の密封性を高めてリークを少なくでき、流
体の漏れをほとんど無くすことができる。しかも、リー
クが発生したとしても、その量は切り換えの前後におい
て変わらず、切換後の流量バランスも安定する。

【００２０】しかも、弁口は多数の小さな孔から構成さ
れているので、閉め切り直前あるいは開口直後における
流路面積の変化が緩やかなものとなり、圧力変動を伴う
ことがない。

【００２１】また、請求項２記載の本発明の流体制御弁
は、ケーシング内を略Ｘ形の仕切壁によって４室に仕切
り、そのうちの相対向する２室を流体の流れ方向が固定
されている２系統の流路に連結される固定室とすると共
に残りの相対向する他の２室を流体の流れ方向が交互に
切り替えられる２系統の流路に連結される切替室とし、
仕切壁に隣接する２室を連通させる多数の小さな孔の集
団からなる弁口を設ける一方、４室のうちの２室に仕切
壁に沿って摺動し弁口を閉じると共に仕切壁の弁口と合
致する多数の小さな孔の集団からなる弁口を有する弁板
をそれぞれ配置すると共に該弁板を仕切壁に沿って摺動
させる駆動手段を備え、駆動手段によって摺動する弁板
と仕切壁の両弁口が合致した隣り合う２室が連通して流
体が通過し両弁口が完全にずれた隣り合う２室が遮断さ
れるようにしている。したがって、弁板の往復摺動によ
って、２系統の流体の流れ方向が交互にショートパスを
起こさずに切り換え可能である。

【００２２】また、請求項３記載の本発明の流体制御弁
は、ケーシング内を略Ｙ形の仕切壁によって３室に仕切
り、そのうちの１室に流体の流れ方向が固定されている
流路が連結される固定室とすると共に残りの２室を流体
の流れ方向が交互に切り替えられる２系統の流路に連結
される切替室とし、固定室と両切替室との間の仕切壁に
これら両室を連通させる多数の小さな孔の集団からなる
弁口を設ける一方、該仕切壁に沿って摺動し弁口を閉じ
ると共に仕切壁の弁口と合致する多数の小さな孔の集団
からなり弁口を有する弁板を配置し、弁板を仕切壁に沿
って摺動させる駆動手段を備え、駆動手段によって摺動
する弁板と仕切壁の両弁口が重なった固定室といずれか
一方の切替室とが選択的に連通して流体が流れ両弁口が
完全にずれた固定室と他方の切替室とが遮断されるよう
にしている。したがって、弁板の往復摺動によって２つ
の切替室のいずれか一方と固定室とが選択的に接続さ
れ、流体の流れ方向が切り換えられる。

【００２３】また、請求項１から３のいずれかに記載の
流体制御弁において、弁板は仕切壁の隣る２壁と同時に
摺接する２辺を有し、各辺に設けられている弁口が互い
に半ピッチ分だけずれ、当該弁板の一方の辺の弁口と仕
切壁の弁口とが重なって開弁するときには他方の辺の弁
口と仕切壁の弁口とがずれて閉塞されるように設けられ
ている。この場合、１つの弁板の移動によって、１つの
固定室と２つの切替室とを連通させる２つの弁口の一方
が閉じられるのと同時に他方の弁口が開かれる。

【００２４】更に、請求項１から３のいずれかに記載の
流体制御弁において、弁板は仕切壁の対応する各壁と摺
接する複数の板からなり、各弁板毎に個別に摺動するよ
うに設けられることが好ましい。この場合、弁口を開い
ている弁板と弁口を閉じている弁板とを別々に制御でき
るので、全ての弁口を閉じた状態を経た後に、流体を流
したり向きを変えるために対応する必要な弁口だけを開
くことができる。

【００２５】更に、請求項１から５のいずれかに記載の
流体制御弁において、駆動手段は高周期で弁板を往復駆
動させることが好ましい。この場合、高速切り換えが実
現される。

【００２６】更に、請求項１から６のいずれかに記載の
流体制御弁において、弁口の出入り口には丸みがつけら
れることが好ましい。この場合、圧力損失が小さく流体
が流れ易くなるため、流れに乱れが生じ難い。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す一実施形態
に基づいて詳細に説明する。

【００２８】図１〜図４に本発明の流体制御弁の一実施
形態として４方向流体制御弁に適用した場合の一例を示
す。この４方向流体制御弁は、略Ｘ形の仕切壁２によっ
てケーシング１内を４室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに仕切
り、そのうちの隣同士にならない位置関係で配置された
２室例えば室３ａ，３ｂを流体の流れ方向が固定される
２系統の流路に連結される第１および第２の固定室とす
ると共に、残りの２室例えば室３ｃ，３ｄを流体の流れ
方向が交互に切り替えられる２系統の流路に連結される
第１および第２の切替室としている。ほぼＸ形の仕切壁
２の各壁には隣接する２室３ａと３ｃ，３ａと３ｄ，３
ｂと３ｃ，３ｂと３ｄをそれぞれ連通させる多数の小さ
な孔の集団からなる弁口５ac，５ad，５bc，５bdがそれ
ぞれ形成され、４室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが隣同士で
相互に連通されている。また、仕切壁２で４室に区画さ
れたケーシング１内の４室のうちの２室には、仕切壁２
に沿って摺動し弁口５ac，５ad，５bc，５bdを閉じる弁
板６，７が設けられている。この弁板６，７には、仕切
壁２の弁口５ac，５ad，５bc，５bdと合致する多数の小
さな弁口８ac，８bc，８ad，８bdが設けられている。そ
して、これら弁板６，７を仕切壁２に沿って摺動させる
駆動手段（図示省略）が備えられている。この駆動手段
によって摺動する弁板６，７と仕切壁２の両弁口５ac，
５ad，５bc，５bd，８ac，８ad，８bc，８bdが重なった
隣り合う２室が連通して流体が通過するように設けられ
ている。

【００２９】仕切壁２に設けられている各弁口５ac，５
ad，５bc，５bdは、多数の小口径の孔からなり、全体と
して必要な流路断面積が得られるように多数設けられて
いる。この小口径の弁口５ac，５ad，５bc，５bdは、一
定ピッチで配置されており、そのピッチの半分のストロ
ークで摺動させることによって流体の流れを止めたり流
したり制御できるように設けられている。例えば、図２
に示すように、各弁口５ac，５ad，５bc，５bdは、縦横
に配置されて形成されており、弁板６，７のスライド方
向即ち本実施形態の場合には縦方向（矢印方向）に一定
ピッチで配置されている。また、この仕切壁２に沿って
摺動される弁板６，７に形成される各弁口８ac，８bc，
８ad，８bdも仕切壁２の弁口５ac，５ad，５bc，５bdと
同じピッチで形成されている。そして、弁板６，７を前
述のピッチの半分のストロークで摺動させることによっ
て、仕切壁の弁口５ac，５ad，５bc，５bdと弁板６，７
の弁口８ac，８bc，８ad，８bdとを重ねて流体を通過さ
せたり、ずらして流れを止めたりできるように設けられ
ている。

【００３０】各弁板６，７と仕切壁２とは、例えばばね
による弾性力やマグネットによる吸着などで互いに摺動
可能に押しつけられて密着されている。ここで、弁板の
ストロークは極めて短く微小である。例えば、本実施形
態の場合、０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲である。した
がって、図１に示すように、圧縮コイルばね４などの付
勢手段をケーシング１と弁板６，７との間に介在させて
も、弁板６，７の変位がばね４に与える影響はほとんど
無視できる程度である。したがって、弁板６，７をばね
４で仕切壁２に押しつけていても弁板６，７の移動を妨
げないのでリークを極めて少なくでき数％程度以下に抑
えることができる。しかも、弁板６，７のストロークが
極めて微小であるため、弁板６，７が全体的に平坦であ
る必要はなく、ストロークよりも大きな範囲で湾曲して
いたり、変形していても平行度が失われることがない。
ばね４はケーシング１及び弁板６，７に必要に応じて座
面などを形成して安定保持されている。また、マグネッ
トによって吸着する場合には、弁板６，７と仕切壁２と
の対向する面にそれぞれ逆極性のマグネットを埋設して
吸着させるようにする。各弁板６，７を仕切壁２に押し
つける手法は上述の方法に特に限定されず、例えば弁板
６，７と仕切壁２との向かい合う面に引っ張りばねを内
蔵して弁板６，７と仕切壁２とを互いに引っ張り合うよ
うに設けても良い。

【００３１】ここで、弁口８ac，８adを設けた弁板６と
弁口８bc，８bdを設けた弁板７とは、Ｌ形をなし、１つ
の動きで１つの固定室３ａ若しくは３ｂとこれに連通す
る２つの切替室３ｃ若しくは３ｄとを選択的に連通させ
るように、弁板６，７の各弁口８ac，８ad，８bac，８b
dと５ac，５ad, ５bc，５bdとの関係が決定されてい
る。即ち、弁板６の移動によって一方の弁口例えば８ac
と５acが重なって固定室３ａと切替室３ｃとが連通する
ときには、他方の弁口例えば８adと５adとがずれて固定
室３ａと切替室３ｄとが遮断され、また弁板６が逆方向
に移動して弁口８ad，５adが重なって固定室３ａと切替
室３ｄとが連通するときには、他方の弁口８acと５acと
がずれて固定室３ａと切替室３ｃとが遮断されるように
設けられている。弁板７の弁口８bc，８bdと仕切壁２の
弁口５bc，５bdとの配置関係についても同様であり、弁
板７の１つの動きで１つの固定室３ｂと２つの切替室３
ｃ，３ｄのいずれか一方と選択的に連通させるように、
弁板７の移動によって一方の弁口例えば８bcと５bcとが
重なって固定室３ｂと切替室３ｃとが連通し、他方の弁
口例えば８bdと５bdとがずれて固定室３ｂと切替室３ｄ
とが遮断されるように設けられている。ここで、弁板７
と弁板６とは同期して同時に同方向へ移動するような開
閉動作に設定されているが、これに特に限定されず、い
ずれか一方の弁板よりも先に作動させたり、あるいは互
いに弁板６，７を逆方向へ作動させて切換るようにして
も良い。

【００３２】また、仕切壁２の各弁口５ac，５ad，５b
c，５bdと弁板６，７の各弁口８ac,８ad，８bc，８bdと
は、単純な平板の接触によって突き合わされていても良
いが、好ましくは凹凸の嵌合によって弁板６，７の摺動
方向へのガイドを兼ねるように構成することが好まし
い。例えば、弁板６を例示した図４に示すように、弁板
６側の弁口８adの周囲に円筒状の突起１０を形成する一
方、仕切壁２側に弁板６の突起１０が嵌合される幅と摺
動方向にストローク分の長さとを有する矩形の溝（図４
の（Ｂ）参照）１１を形成し、該溝１１と突起１０との
係合によって弁板６をその摺動方向に案内すると共にス
トローク端を規制するようにしている。なお、溝１１は
矩形状に限定されず、例えば図４の（Ｃ）に示されるよ
うな楕円形の溝などであっても良い。要は弁板６，７の
摺動方向に各弁板６，７のストローク分の長さを有し、
幅方向には摺動を妨げない程度の最低限の隙間を形成す
る溝などであれば足りる。

【００３３】各弁口５ac，５ad，５bc，５bd，８ac,８a
d，８bc，８bdの出入り口には、図４に示すように、丸
み１２がつけられている。これによって通過する流体の
流れに乱れが発生するのを防ぎ脈流を少なくすることが
できる。

【００３４】また、第１および第２の固定室３ａ，３ｂ
並びに第１および第２の切替室３ｃ，３ｄには１つずつ
流路を連結するためのポート９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄが
設けられている。そして、第１および第２の固定室３
ａ，３ｂには流体の流れ方向が固定されている２系統の
流路（ダクト）がそれぞれ連結され、第１および第２の
切替室３ｃ，３ｄには流体の流れ方向が交互に切り替え
られる２系統の流路（ダクト）が連結される。

【００３５】弁板６，７を仕切壁２に沿って往復動させ
る駆動手段としては微小のストロークを発生できる素子
や制御機器、機構などが使用可能であり、例えば電磁コ
イルや圧電素子などの振動素子、モータ駆動によるタペ
ットカムなどの使用が好ましく、微小のストロークを高
周期で切り替えうる電磁コイルなどの振動素子などの使
用が最も好ましい。この駆動手段は図示していないが一
般にケーシング１の外に設置されてその動きを伝達する
ロッドなどがケーシング１内に貫通して弁板６，７と連
結されている。駆動手段は各弁板毎に設けられるが、こ
れに限定されず共通の１つの駆動手段で各弁板６，７を
駆動するようにしても良い。

【００３６】斯様に構成されている流体制御弁による流
路切替は次のようにして行われる。この操作は流れ方向
が逆となる蓄熱型交互燃焼システムを熱源とした加熱炉
などにおける給気系と排気系との２系統の流体の流れ方
向を交互に切り替える場合について説明する。

【００３７】例えば、第１の固定室３ａには給気流体た
る低温の燃焼用空気が流入する一方、第２の固定室３ｂ
からは排気流体たる高温の燃焼排ガスが排出される。図
１に示す状態では第１の固定室３ａに導入された流体は
弁板６の弁口８acと仕切壁２の弁口５acを通って第１の
切替室３ａに流れ込み、同室３ｂに連結される図示して
いない蓄熱体へダクトを介して供給される。他方、第２
の固定室３ｂには、誘引ファンを備える排気系のダクト
が連結されている。そして、第２の切替室３ｃと同様
に、図示していない蓄熱体がダクトを介して連結されて
いる。この第２の切替室３ｄに連結される蓄熱体と第１
の切替室３ｃに連結される蓄熱体とは異なる蓄熱体であ
るか、同じ蓄熱体の異なる部位である。そして、燃焼シ
ステムは、これら蓄熱体を介して給気と排気を交互に行
うように構成されている。そこで、第２の切替室３ｄに
連結されている蓄熱体を経て誘引される燃焼排ガスは第
２の切替室３ｃに導入された後、仕切壁２の弁口５bdと
弁板７の弁口８bdを介して第２の固定室３ｂに導入され
てから排気系へ排出される。このとき、第１の固定室３
ａの弁板６の弁口８adと仕切壁２の弁口５ad並びに第２
の固定室３ｂの弁板７の弁口８bcと仕切壁２の弁口５bc
とは、それぞれずれて各弁板６，７と仕切壁２とが重な
っているので、燃焼用空気と排ガスとは混じり合うこと
がない。

【００３８】次いで、図示していないアクチュエータ例
えば振動子を駆動させて図１の状態から反対方向へ摺動
させると、弁板６，７が仕切壁２に沿って摺動し、先ほ
どとは逆に第１の固定室３ａの弁板６の弁口８adと仕切
壁２の弁口５ad並びに第２の固定室３ｂの弁板７の弁口
８bcと仕切壁２の弁口５bcとがそれぞれ重なるように一
致して、第１の固定室３ａと切替室３ｄ、並びに第２の
固定室３ｂと切替室３ｃとがそれぞれ連通され、ポート
９ａから第１の固定室３ａへ流入する流体例えば燃焼用
空気は弁口５adから第２の切替室３ｄに流入してポート
９ｄに接続されている流路に供給される。他方、ポート
９ｂからは、ポート９ｃを経て第１の切替室３ｃへ誘引
される排気流体例えば燃焼排ガスが弁口８bc，５bcから
第２の固定室３ｂを通過して排出される。

【００３９】斯様に構成された流体制御弁による流路切
替は、ケーシング１内の４室が略Ｘ形の仕切壁２によっ
て完全に仕切られ、尚かつ摺り合わされる弁板６，７と
仕切壁２との密着によってシールされているため、ケー
シング内での２流路間におけるガス漏れが生じない。

【００４０】また、図５に他の実施形態を示す。この実
施形態は、３ポート弁に適用したものであり、蓄熱型交
互燃焼システムの燃料供給系の切換弁として使用して好
適なものである。この３方向流体制御弁は、ケーシング
２１内を略Ｙ形の仕切壁２２によって３つの室２３ａ，
２３ｂ，２３ｃに仕切り、そのうちの１室例えば室３２
ａを流体の流れ方向が固定されている流路が連結される
固定室とすると共に残りの２室２３ｂ，２３ｃを流体の
流れ方向が交互に切り替えられる２系統の流路に連結さ
れる切替室としている。そして、固定室２３ａと両切替
室２３ｂ，２３ｃとの間の仕切壁２２に、これら両室を
それぞれ連通させる多数の小さな孔の集団からなる弁口
２５ab，２５acを設ける一方、該仕切壁２に沿って摺動
し弁口２５ab，２５acを閉じると共に仕切壁２２の弁口
２５ab，２５acと合致する多数の小さな孔の集団からな
り弁口２８ab，２８acを有する弁板２６を配置してい
る。弁板２６は図示していない駆動手段によって仕切壁
２に沿って摺動するように往復駆動される。そして、駆
動手段によって摺動する弁板２６と仕切壁２２の両弁口
２５ab，２５ac，２８ab，２８acが重なった固定室２３
ａといずれか一方の切替室２３ｂあるいは２３ｃとが選
択的に連通して流体が流れ、両弁口が完全にずれた方の
他方の切替室２３ｃあるいは２３ｂと固定室２３ａとが
遮断される。

【００４１】この３ポート流体制御弁は図１から図４に
示す４ポート流体制御弁とは仕切壁の構造がＹ形でケー
シング内が３室に区画され、１つの流体を２つの流路の
いずれか一方に切り換えるようにした点で異なるだけで
あり、その他の構成は同じである。

【００４２】また、図６に更に他の実施形態を示す。こ
の実施形態は、２ポート弁に適用したものであり、流量
制御弁あるいは方向制御弁として利用可能なものであ
り、特に蓄熱型交互燃焼システムにおける燃料供給系の
弁として使用して好適なものである。この流体制御弁
は、多数の小さな孔の集団からなる弁口３５を有しケー
シング３１内を２室３３ａ，３３ｂに区画する仕切壁３
２と、該仕切壁３２に沿って摺動し弁口３５を閉じると
共に仕切壁３２の弁口３５と合致する多数の小さな孔の
集団からなる弁口３８を有する弁板３６と、該弁板３６
を仕切壁３２に沿って摺動させる駆動手段３９とを備
え、駆動手段３９によって摺動する弁板３６と仕切壁３
２との両弁口３５，３８が重なったときに流体が通過し
両弁口３５，３８が完全にずれたときに遮断することに
よって、ケーシング３１内の流体の流れを止めるように
している。ここで、図中の符号４０は駆動手段たる振動
子３９の動きを弁板３６に伝達するロッドであり、弁板
３６に連結されている。駆動手段たる振動子３９にはパ
ルス電源４２が印加され、所望の振動数で弁の開閉が行
われる。

【００４３】更に、駆動手段の動きを任意に調整可能と
することによって、例えばモータの回転角度調整や電磁
コイルや圧電素子に加える電流の周波数制御等で弁板の
開度を調整するようにしても良い。これによって、弁口
の開度が任意の位置で固定され、通過する流体の流量が
任意の流量に制御される流量制御弁を構成できる。この
場合、弁板のストロークが短いため、流量制御が迅速に
行われ応答性が極めて高い。この弁は、燃料制御弁やそ
の他の流体の流量制御弁として利用可能である。この場
合、微小変位で弁の開閉が行われるので、駆動手段を高
周期で変化する駆動電圧ないし電流を駆動手段たる振動
子や電歪素子等に印加することによって、燃料を高周期
で断続的に供給することができる。また、電磁バルブの
ように大きな単一の弁口を急激に開閉させるのではな
く、弁口３５，３８を構成する十分に小径（例えば直径
１ｍｍ前後）な多数の孔で必要とされる流路断面積が得
られ、かつ細かな各孔毎に開閉するようにしているの
で、弁の開閉に伴って通過流体の量が漸次増大ないし減
少する。したがって、蓄熱型交互燃焼システムの燃料供
給用の弁として使用する場合、切換時の燃焼が漸次大き
くなり、また漸次小さくなるため、炉内の圧力変動が急
激なものとはならない。更に、流量制御弁として構成す
る場合には、各弁口の流出係数は完全に予測できること
から、各弁口の形状さえ精度良く加工しておけば流出量
を正確に推定できるので、正確な流量制御が可能とな
る。特に、各弁口の出入り口に丸みをつけておけば、流
出係数が０．９位までに達し、流れ易く圧力損失が小さ
い流れとでき、より正確な流量制御が可能となると共に
圧力変動の少ない状態で弁板の動きに応じて直ぐに流量
が変わる応答性・レスポンスの良い流量制御弁を実現で
きる。

【００４４】以上のように構成された各流体制御弁は、
例えば蓄熱型バーナシステムの排気系と給気系とを蓄熱
体に交互に接続する切換手段・四方弁として、また一対
のバーナに対して交互に燃料を供給する三方弁として、
更には燃料噴射弁や燃料供給弁ないし燃料調整弁などと
して好適であるが、特にこれら用途に限定されるもので
はなく、広く一般的な流量調整弁や方向制御弁、遮断弁
などのあらゆる流体を対象とした流体制御弁として実施
できることは言うまでもない。

【００４５】尚、上述の各実施例は好適な実施例の１つ
ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
例えば、本実施形態では１枚の弁板によって２つの切替
室に面する弁口を同時に開閉させるように設けている
が、これに特に限定されず、小孔群からなる各弁口ごと
に弁板を設けて個別に開閉できるようにしても良い。即
ち、図７に示すように、仕切壁２の各辺毎に弁板６，
６’を配置し、各弁板６，６’毎にアクチュエータを備
えて個別に駆動するように設ける。この場合、アクチュ
エータの駆動タイミングをずらすことによって、各弁口
５ad，５ac，５bd，５bcの開閉を制御できるので、仕切
壁２の各弁口５ad，５ac，５bd，５bcと弁板の各弁口８
ad，８ac，８bd，８bcとの位置関係は上述の実施形態の
例に限定されない。全く同じ位置関係で各弁口５ad，５
ac，５bd，５bcと弁口８ad，８ac，８bd，８bcとを配置
していても、各弁板６，６’の駆動タイミングと駆動方
向とをアクチュエータで制御することによって任意の開
閉動作が得られる。したがって、場合によっては、弁口
５ad，５ac，５bd，５bcを全閉してから、任意の切替室
と連通するように２つの弁口を同時に開いたり、順次開
いたりすることができる。例えば、それまで開いていた
２つの弁口を同時にあるいは順次閉じて全ての弁口を閉
じてから、次に開かれる弁口を同時にあるいは順次開い
て流体の流れの切換を行うようにしても良い。即ち、閉
→閉→開→開と順次弁口を操作することによって、２系
統の流路間でのショートパスや圧力変動を抑制すること
ができる。そこで、この弁を交互燃焼システムの燃焼用
空気と排ガスとの切換手段として利用する場合には、炉
体にかかる負担を低減できる。また、給気に先駆けて排
気を行うことが好ましい場合などには、弁口の全閉の
後、一方の切替室と排気系が接続された固定室とを連通
させる弁口を先に開き、その後に他方の切替室と給気系
が接続された固定室とを連通させる弁口を次に開くよう
にしても良い。

【００４６】また、本実施例では、各ポート９ａ，９
ｂ，９ｃ，９ｄにそれぞれ１本づつの流路を連結させる
ことを前提として説明したが、これに特に限定されるも
のではなく、同じ系統の流体を流す流路であれば２本以
上の流路を１つのポートに接続するようにしても良い。
要は１系統の流路を１つの室に接続するのであれば、流
路数が複数であっても何等構わない。

【００４７】また、本実施例では２系統の流体として比
較的高温のガスと低温のガスとを例に挙げて主に説明し
ているが、これに特に限定されるものではなく、冷熱エ
ネルギーを有する流体と常温の流体との流路変更や温度
差がなくとも物性が異なる２流体の流路切替えなどにも
利用できる。系外へのリークが好ましくはないかあるい
は完全に回避しなければ成らない臭気や害毒成分などを
含むガスの処理などに使われる循環システムなどに使わ
れてもよい。

【００４８】更に、本実施例では流体の流れの方向が固
定された２系統として、給気系と排気系といった流れ方
向が逆の２系統を例に挙げて説明しているがこれに限定
されるものではなく、同じ方向に流体が流れる２系統で
あっても良い。

【００４９】更に、本実施例において、弁口５ac，５a
d，５bc，５bd並びに８ad，８ac，８bd，８bcは各々単
一の円形の孔で構成されているがこれに特に限定される
ものではない。円形以外の形状、例えば四角や三角など
の孔であっても良いし、弁板６，７の弁口形状と仕切壁
２の弁口形状とを異ならせるようにしていも良いし、さ
らには弁板あるいは仕切壁の弁口同士の形状を互いに異
ならせるようにしても良い。なお、１枚の弁板で同時に
開閉される孔は多数であっても全体として１つの弁口と
して認識される。

【００５０】また、本実施形態における仕切壁２の弁各
口５ac，５ad，５bc，５bdと弁板の各弁口８ad，８ac，
８bd，８bcとは一定ピッチで同じ大きさの真円に形成さ
れているが、これに特に限定されず、いずれか一方を大
径としたり、互いに異なる孔形状としても良い。更に同
じ壁面あるいは辺の面に形成される細かな弁口は、例え
ば、同じピッチで異なる大きさの弁口を形成しても良い
し、逆に同じ大きさの弁口をピッチを変えて形成しても
良い。更に、孔の組み合わせにも特に限定されず、一方
の弁口が丸で他方の弁口が楕円形状であったり、多角形
状、三角形、矩形などでも良い。例えば、弁板あるいは
仕切壁の弁口の一部を対応する相手側弁口よりも大径と
し、この大径の弁口が相手側の弁口から完全にずれて配
置されたときに全ての弁口が閉塞されるようなピッチで
形成した燃料制御弁とすることができる。燃料供給系に
使用される従来の流量制御弁の場合、急激に大量の燃料
が噴射されるため着火したときの炉内圧変動が大き過ぎ
るという問題を伴うが、大径と小径の弁口を混在させた
上述の流量制御弁の場合開弁直後及び閉弁直前での開度
変化が同じストロークでも緩やかとなり燃料噴射量を漸
次増大ないし減少させて着火時ないし失火時の炉内圧変
動を小さくすることができる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１、請求項２及び請求項３記載の流体制御弁によると、
複数の細かな孔の集団で形成される弁口が仕切壁に沿っ
て摺動する弁板によって開閉されるので、少なくとも孔
の大きさと同じ量だけの小さな弁板の移動によって弁の
開閉ができ、切替時間を短くできる。よって、高周期切
換が可能である。

【００５２】また、弁板のストロークが微小であるた
め、平行度が失われることがなく仕切壁と弁板とを常に
付勢手段などで押さえつけることも可能となる。したが
って、弁板の動きをスムーズなものとしたまま仕切壁と
弁板との間の密封性を高めてリークを少なくでき、流体
の漏れをほとんど無くすことができる。依って、切換後
の流量バランスも安定する。

【００５３】更に、大口径の弁でも小口径の弁でも開閉
のためのストロークは弁口の大きさに依存するため、弁
の大きさに関係なく同じストロークにできることから、
弁口径が大きく違っても同じ駆動手段を利用可能であ
る。

【００５４】しかも、弁口は多数の小さな孔から構成さ
れているので、閉め切り直前あるいは開口直後における
流路面積の変化が緩やかなものとなるため、流れが急激
に変化して大きな圧力変動を伴うことがない。

【００５５】更に、請求項２記載の流体制御弁による
と、２系統の流体の流れ方向の切り換えがショートパス
を起こさずに実現可能である。しかも、２流体間に温度
差があっても、それに伴って起こりうる弁板の変形など
の影響は弁板のストロークが微小であるためほとんど問
題とならず、耐久性を従来のものよりも著しく向上させ
得る。このため、蓄熱式交互燃焼システムなどの蓄熱体
を利用した直接熱交換などに適用する場合には、温度効
率を最大限まで上げることができ、かつ蓄熱体ボリュー
ムを小さくすることができる。

【００５６】また、請求項３記載の流体制御弁による
と、単一流体の流れ方向の切り換えが高速でリークなく
実現できる。

【００５７】更に、請求項４記載の流体制御弁による
と、１つの弁板の移動によって１つの固定室と２つの切
替室とを連通させる２つの弁口の一方を閉じるのと同時
に他方の弁口を開くことができ、切換時間を更に短縮す
ることができる。このとき、固定室と２つの切替室とが
同時に開く状態が起きるが、弁板のストロークが微小で
あるため従来の四方弁のそれと比べると無視できるほど
短い瞬間的なものである上に、弁の大きさに関係なく開
閉のための弁板のストロークは同じであることから、実
質上問題ない。

【００５８】更に、請求項５記載の流体制御弁による
と、弁口を開いている弁板と弁口を閉じている弁板とを
別々に制御できるので、全ての弁口を閉じた状態を経た
後に、流体を流したり向きを変えるために対応する必要
な弁口だけを開くことができる。したがって、従来型の
ように同時に開とならず切換時の圧力変動を少なくでき
ると共に２系統の流路間での流体のショートパスも防止
できる。

【００５９】請求項６記載の流体制御弁によると、弁板
を高周期で往復駆動できるので、電磁バルブや回転四方
弁などの従来の流体制御弁では実現できなかった高速切
換例えば１秒に１回や１秒に何回ないし何十回や何百回
といった短時間切換が実現できる。このため、蓄熱体を
利用した交互燃焼システムなどにおいて、温度効率を上
げるために切換時間を限りなく短くすることができる。
このことは交互燃焼システムに限らず、蓄熱体に交互に
温度差のある流体を流して熱交換するタイプの蓄熱式熱
交換器全般に使えるものであり、このような用途での蓄
熱体の容積を限りなく小さくすることを可能とする。

【００６０】請求項７記載の流体制御弁によると、弁口
の出入り口は丸みがつけられているため圧力損失が小さ
い。流れ易く圧力損失が小さい流れとでき、より正確な
流量制御が可能となると共に圧力変動の少ない状態で弁
板の動きに応じて直ぐに流量が変わる応答性・レスポン
スの良い流量制御弁を実現できる。各弁口の流出係数は
完全に予測できることから、各弁口の形状さえ精度良く
加工しておけば流出量を正確に推定できるので、正確な
流量制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流体制御弁を四方弁に適用した実施形
態の一例を原理的に示す中央縦断面図である。

【図２】図１の四方弁に使われる弁板の斜視図である。

【図３】図１の流体制御弁の仕切壁と切替弁板との関係
を示す正面図で、（Ａ）は開状態、（Ｂ）は閉状態をそ
れぞれ示す。

【図４】仕切壁と弁板との弁口部分の構造の一例を示す
図面で、（Ａ）は拡大縦断面図、（Ｂ）はそれらの一例
を示す正面図、（Ｃ）は他の実施形態を示す正面図であ
る。

【図５】本発明の流体制御弁を三方弁に適用した実施形
態の一例を原理的に示す中央縦断面図である。

【図６】本発明の流体制御弁を２ポート弁・流量制御弁
に適用した実施形態の一例を原理的に示す中央縦断面図
である。

【図７】弁板の他の実施形態を示す斜視図である。

【図８】従来のフラッパ弁を示す概略図である。

【符号の説明】

１，２１，３１ ケーシング ２，２２，３２ 仕切壁 ３ａ，２３ａ，３３ａ 第１の固定室 ３ｂ 第２の固定室 ３ｃ 第１の切替室 ３ｄ 第２の切替室 ５ac，５ad，５bc，５bd，２５ac，２５ab，３５ 弁口 ６，６’，２６，３６ 弁板 ７ 弁板 ８ac，８ad，８bc，８bd，２８ac，２５ab，３８弁口

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシング内を流れる流体の向きを変え
   たり止めたりあるいは流量調整する流体制御弁におい
   て、多数の小さな孔の集団からなる弁口を有し前記ケー
   シング内を複数の室に区画する仕切壁と、該仕切壁に沿
   って摺動し前記弁口を閉じると共に前記仕切壁の弁口と
   合致する多数の小さな孔の集団からなる弁口を有する弁
   板と、該弁板を前記仕切壁に沿って摺動させる駆動手段
   とを備え、前記駆動手段によって摺動する前記弁板と前
   記仕切壁との両弁口が重なったときに流体が通過し両弁
   口が完全にずれたときに遮断されることを特徴とする流
   体制御弁。
2. 【請求項２】 ケーシング内を略Ｘ形の仕切壁によって
   ４室に仕切り、そのうちの相対向する２室を流体の流れ
   方向が固定されている２系統の流路に連結される固定室
   とすると共に残りの相対向する他の２室を流体の流れ方
   向が交互に切り替えられる２系統の流路に連結される切
   替室とし、前記仕切壁に隣接する２室を連通させる多数
   の小さな孔の集団からなる弁口を設ける一方、前記４室
   のうちの２室に前記仕切壁に沿って摺動し前記弁口を閉
   じると共に前記仕切壁の弁口と合致する多数の小さな孔
   の集団からなる弁口を有する弁板をそれぞれ配置すると
   共に該弁板を前記仕切壁に沿って摺動させる駆動手段を
   備え、前記駆動手段によって摺動する弁板と前記仕切壁
   の両弁口が合致した隣り合う２室が連通して流体が通過
   し両弁口が完全にずれた隣り合う２室が遮断されること
   を特徴とする流体制御弁。
3. 【請求項３】 ケーシング内を略Ｙ形の仕切壁によって
   ３室に仕切り、そのうちの１室に流体の流れ方向が固定
   されている流路が連結される固定室とすると共に残りの
   ２室を流体の流れ方向が交互に切り替えられる２系統の
   流路に連結される切替室とし、前記固定室と両切替室と
   の間の前記仕切壁にこれら両室を連通させる多数の小さ
   な孔の集団からなる弁口を設ける一方、該仕切壁に沿っ
   て摺動し前記弁口を閉じると共に前記仕切壁の弁口と合
   致する多数の小さな孔の集団からなり弁口を有する弁板
   を配置し、前記弁板を前記仕切壁に沿って摺動させる駆
   動手段を備え、前記駆動手段によって摺動する弁板と前
   記仕切壁の両弁口が重なった前記固定室といずれか一方
   の切替室とが選択的に連通して流体が流れ両弁口が完全
   にずれた前記固定室と他方の切替室とが遮断されること
   を特徴とする流体制御弁。
4. 【請求項４】 前記弁板は前記仕切壁の隣る２壁と同時
   に摺接する２辺を有し、各辺に設けられている弁口が互
   いに半ピッチ分だけずれ、当該弁板の一方の辺の弁口と
   前記仕切壁の弁口とが重なって開弁するときには他方の
   辺の弁口と前記仕切壁の弁口とがずれて閉塞されること
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流体制
   御弁。
5. 【請求項５】 前記弁板は前記仕切壁の対応する各壁と
   摺接する複数の板からなり、各弁板は個別に摺動するこ
   とを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流体
   制御弁。
6. 【請求項６】 前記駆動手段は高周期で前記弁板を往復
   駆動させることを特徴とする請求項１から５のいずれか
   に記載の流体制御弁。
7. 【請求項７】 前記弁口の出入り口には丸みがつけられ
   ていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記
   載の流体制御弁。