JPS6010229B2 - 流体制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は弁の開度により流体の流量を制御する流体制御
装檀に関するものである。

最近ガス等の流体流量を制御する流量比例制御弁が開発
されているが、例えばこの比例制御弁を応用してガスバ
ーナへのガス供Ｖ給量を制御する場合においては、ガス
バーナの特性からガス流量がある流量以下になると不完
全燃焼やバックファイヤー等が発生するためこの流量以
下に絞ることのない構成の弁が要求された。

このため比例弁と並列にバーナが不完全燃焼しない限界
の最小ガス流量（以下最小流量と呼ぶ）を流すバイパス
を設けてこの流量以下には絞らない方法、あるいは比例
弁を駆動する信号が最小流量になる値になった時に弁を
急激に閉止させてガスを遮断するもの等々が考えられて
いたが、これ等の方法にはコスト、寸法的なバラッキ、
信頼性等種々の問題があった（後で説明する）。

本発明ではこれ等の問題を解決した工業価値の高い弁装
置を提供するものである。

以下、本発明を図に従って説明してゆく。

本発明の説明においては電磁コイルに流れる電流に応じ
て発生する電磁力と板バネ力のつり合いにより弁の関度
を制御する電磁式比例制御弁を使用し、応用例として、
ガス瞬間湯沸器の温度制御を、上記比例弁と電子制御回
路を有用したもので説明してゆく。まず、第１図〜第４
図は従来例でその構成と問題点を説明する。

第１図においては、比例弁１にバイパス２を設け入口３
からバーナ４へ供給するガス量を比例弁１により制御し
て、比例弁１が閉止した時においてもバイパス２により
最少流量は常に流している。またガス閉止は比例弁１と
直列に接続された電磁弁５により行なうものである。第
２図はこの特性図を示す。横軸は比例弁コイル電流１、
縦軸はガス流量Ｑである。図でＡ部は比例帯であり、比
例弁１が制御動作をしている時である。しかし電流１が
減少してＢ点に至ると、比例弁１は閉止してしうが電磁
弁５は開いているため、ガスはバイパス２から流れ、こ
のバイパス２で制御される流量で変化しなくなる。電流
１がさらに低下してＣ点に達すると電磁弁５が閉じる様
に制御回路を構成しておくことによりガスを閉止する。
また前記電磁弁５を開ける点は、Ｃ点からＤまで回路構
成により自由に行なえる。この方法を使用するには比例
弁以外に電磁弁がもう一つ必要で高価になり、またガス
通路抵抗も大きくなるという問題点がある。

第３図は他の例でガス入口６から流入したガスが比例弁
７を通りガスバーナ８へ送られる。

この場合第４図に示すように比例弁コイル電流が減少し
て来てガス流量が最少流量Ｅになる電流値Ｆの時急激に
電流が零になる様に回路構成されている。この方法によ
るとガス流量ＱがＥ点に達したことを電流１で検出して
いるため、弁の特性のバラッキやガス種類変換等により
Ｅ点がずれてしまい、精度の高い制御は出来なかった（
第４図Ｑ，，Ｑ２を参照）。

このため時にはバーナが不完全燃焼をする危険性もあっ
た。次に本発明に先だって考えた例を第５図以下に示す
。

第５図は本発明に先だって考えた例の一状態図である。

電磁コイル９の発生する電磁力に応じて比例的に上下動
するプランジャ１０の一端にゴム製の弁１１が遊着され
ている。弁１１は弁座１３に対向するように配置されて
いるコイル９に電流を通じていない時は、板ぱね１２に
より弁座１３に押圧されている。弁座１３の内側には電
磁ソレノィド１４で上下に駆動される弁体規制部材１５
と、それに符属する流体シール１８、コイルスプリング
１６、規制位魔調節リング１７が設けられている。次に
この動作について説明する。

第５図はコイル９と電磁ソレノィド１４に通電していな
い状態を示し弁１１は弁座１３に密着しガスを遮断して
いる状態である。

次に電磁ソレノィド１４に通電した状態を第６図に示す
。

この状態ではガスバーナ（図示せず）の特性から決まる
最４・流量を流すに必要な分だけ弁１１が弁座１３より
特上げられる。この特上げられる量はあらかじめ規制位
置調節リング１７により設定されている。次にコイル９
の電流をしだいに増加してゆくと、プランジャ１０は電
磁力により上方へ引上げられてゆき、弁１１は弁体規制
部材１５より特上げられ、弁１１と弁座１３との開度に
応じてガス流量を比例的に制御する。

（第７図）ところが以上説明した本発明に先だって考え
た例、第５図〜第７図の構成の流体制御装置は、最小一
定流量を得るために弁１１と弁座１３との間の隙間を適
切かつ確実に得なければならず、弁座１３の直径が比較
的大であることから、弁体規制部材１５の作動停止位置
を精密に調節する必要があり、実使用上規制位置調節リ
ング１７による調節に時間を要したり、調節リング１７
のわずかな調節ズレによって、最４・流量値のバラッキ
が大きくなるなどの問題があった。

本発明は従来の問題および、本発明に先だって考えた例
の問題を解消するもので、流体流入口と流出口の間に、
弁座と、電気入力に略比例した変位をするとともに前記
弁座を開閉する弁体と、前記弁体の駆動規制を行ととも
に、電気的手段で動く弁体規制部材とを備え、前記弁体
規制部材の前記弁体への当援部に副弁座を形成し、この
副弁座の内部を、前記流体流出口に導適すると共に、登
り弁座と弁座との間、もしくは副弁座に制限された最小
一定流量の流体を流す流量規制通路を設けたものである
。

この構成によって前記弁体規制部村が規制位置に設定さ
れた状態で前記弁体がこの弁体規制部材に当接しない間
は流体の流量を連続的に制御し、前記弁体がこの弁体規
制部材に当接した時は制限された最４・一定流量を流し
、前記弁体規制部材が解除位置に設定された状態で前記
弁体が前記弁座を閉じた場合は流体を閉止するように作
用する。第８図に本発明の一実施例を示す。

第８図において、弁体規制部材１５は弁１１が当援する
部分に副弁座１５１を形成し、その内部および側面にガ
ス導通路１５２を設けるとともに弁座１３の内側に流量
規制通路１９を設けたものである。

なお第５図〜第７図と同一部村には同一番を付している
。上記構成においてコイル９と電磁ソレノィド１４に通
電していない時は、弁１１は弁座１３に密着し流体を遮
断した状態、次に電磁ソレノイド１４に通電すると副弁
座１５１を有する弁体規制部材１５が、コイルスプリン
グ１６および板ばね１２の力に打ち勝って弁１１に当接
したまま持ち上げ、流体は弁座１３と富山弁座１５１と
の間に設けた流量規制通路１９に制限された最小一定流
量が流れる状態になるように作用し、規制位置調節リン
グ１７の調節は、大まかであっても最小流量を一定小径
の流量規制通路１９で得ているので、最小一定流量を確
実に精度よく得ることができるという効果がある。

なお流量規制通路１９は劉弁座１５１の側壁に設けても
同様の効果が得られる。次にコイル９の電流をしだいに
増加してゆくと、プランジャ１川ま電磁力により上方へ
引き上げられてゆき、弁１１は富。弁座１５１より特上
げられ、弁１１と副弁座１５１との関度に応じてガス流
量を比例的に制御する（第８図）。コイル９の電流をし
だいに減少する場合は増加の場合と同様に弁１１が弁体
規制部村１５に当援するまでの間はコイル９の電流に比
例してガス流量を制御し、弁１１が弁体規制部材１６（
副弁座１５１）に当接すると、その時のコイル９の電流
以下にコイル９の電流を減少させても弁１１は動かず決
まった最小流量は流れ続ける。

そして制御回路（図示せず）よりの信号で電磁ソレノイ
ド１４の電流が遮断された時、弁体規制部村１５がコイ
ルスプリング１６により下方へ下がり弁１１は瞬時に閉
じる。このコイル９の電流と電磁ソレノイドのｏｎ−０
８のタイミングはバーナおよび機器に応じて制御回路に
より自由に設定できる。

例えばガス閉止状態（第５図）からガスを流す場合に、
いきなり弁が全開するようコイル９に電流を流し、同時
に電磁ソレノィド１４にも通電することがある。第９図
は本発明実施例におけるコイル９の電流１とガス流量Ｑ
の特性を示す。図でＧ部は比例域で第８図の状態であり
比例制御をしている時、肌ま最小流量城で弁１１が副弁
座１５１に当俵している状態にある時、Ｊは閉止域で弁
１１が弁座１３に当接している状態にある時、Ｋは弁１
１が全開でバーナの全館力で燃焼している時である。Ｌ
の点は制御回路により電磁ソレノィド１４をｏｆｆする
点で同時にコイル９の電流もｏＨする。第１０図はガス
瞬間傷沸器に本発明を応用したシステム図で、給水口１
０１から流入した水は熱交換器１０２で熱交換され蛇口
１０３から湯になって出て行く、一方ガスは入口１０４
から流入しガスコツク１０５を通り比例弁１０６からバ
ーナ１０７へ供聯合される。

１０８はパイロットバーナを示す。

ここで、給湯出口に温度検知器１０９（本例では負性感
温抵抗素子を使用した、以下サーミスタと呼ぶ）が設け
られており、ここで湯温を検出して信号を制御回路１１
０へ送る。

制御回路１１０内で設定温度と比較増幅して電流信号を
比例弁１０６へ送る。今給濠蛇口から給湯している時に
給湯量を増加すればサーミスタ１０９の温度が低下する
ため比例弁１０６の電流が増加してガス量を増加し、そ
の温度の低下を防ぎ、また給湯量が減少すればガスを絞
り温度上昇を防ぐ。この特性を第１１図に示す。

機軸は蛇口１０３からの給湯流量Ｑｗ、縦藤は給湯温度
Ｔを示す。曲線Ｎは制御しない濠沸器の特性で、給湯量
を増加すればその温度は低下する。そこで制御すれば設
定温度Ｔｏで流量に関係なく一定温度となる。しかし給
湯量Ｑｗが０点以上になれば濠織器の能力が一杯になる
ためＮ線上に乗る。またＰ部は負荷のガス要求量が第９
図に示すＭ点のガス流量以下になった時Ｌ，Ｒの線上を
比例弁がオン、オフ動作している状態を示す。また設定
温度Ｔｏは制御回路の設定により自由に変更できる。以
上のように本発明の流体制御装置によれば次の効果が得
られる。

ｍ 電気入力に略比例した変位をする弁体と、前記弁体
の駆動規制を行うとともに、電気的手段で動く弁体規制
部材を設け、弁体規制部村の弁体への当俵部に副弁座を
形成し、副弁座と弁座との間もしくは勘弁座に流量規制
通路を設けた構成としているので、１個の弁（流量制御
装置）にて、外部からの電気信号だけで流体の比例制御
城と、一定した比例制御下限流量域と、閉止状態とを簡
単に、しかも確実に得ることができる効果がある。

【２｝ ガス燃焼器の燃焼量制御用などに応用すれば、
すぐれた効果を期待できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流体制御手段の一例を示す構成図、第２
図はその流量制御特性図、第３図は従来の他の流体制御
手段の構成図、第４図はその流量制御特性図、第５図は
本発明に先だって考えた例における流体制御装贋の断面
図、第６図、第７図は同動作説明図、第８図は本発明の
−実施例における流体制御装置の断面図、第９図はその
流量制御特性図へ第１０図はガス湯沸器のバーナ出力制
御用に応用した場合の図、第１１図はその湯温特性図で
ある。 １１…・・・弁体、１３・・・・・・弁座、１４・・・
・・・電磁ソレノィド、１５・・・・・・弁体規制部材
、１９・・・・・・流量規制通路、１５１・・・・・・
副弁座。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体流入口と流出口の間に、弁座と、電気入力に略
   比例した変位をするとともに前記弁座を開閉する弁体と
   、前記弁体の駆動規制を行うとともに、電気的手段で動
   く弁体規制部材とを備え、前記弁体規制部材の前記弁体
   への当接部に副弁座を形成し、この副弁座の内部を、前
   記流体流出口に導通すると共に、副弁座と弁座との間も
   しくは副弁座に制限された最小一定流量の流体を流す流
   量規制通路を設け、前記弁体規制部材が規制位置に設定
   された状態で、前記弁体がこの弁体規制部材に当接しな
   い間は流体の流量を連続的に制御し、前記弁体がこの弁
   体規制部材に当接した時は制限された最小一定流量を流
   し、前記弁体規制部材が解除位置に設定された状態で前
   記弁体が前記弁座を閉じた場合は流体を閉止する構成と
   した流体制御装置。 ２ 弁体規制部材を電磁ソレノイドにより駆動するよう
   にした特許請求の範囲第１項記載の流体制御装置。 ３ 弁体規制部材の規制位置を調節出来るよう構成した
   特許請求の範囲第１項記載の流体制御装置。