JPS609855Y2 - 流量制御器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は供給する流体圧に応動し、一定の流量を得る流
量制御器において、ダイヤプラム、および弁が振動する
ことなく、安定に動作させるための弁形状、および弁の
構成に関するものである。

従来、瞬間湯沸器等に使用されている水制御器、あるい
はガス制御器等では供給する水圧、ガス圧が外乱によっ
て変動した場合、または、供給する流量を開閉する栓、
蛇口等を急激に開放した場合、流量制御器の弁、および
ダイヤプラムが異常振動する現象があった。

また、湯沸器を使用する地域、ならびにマンション、一
般家庭によっては、同じ機種の流量制御器でも異常振動
が発生する場合と、発生しない場合があった。

これらの異常振動は、消費者に衝撃的な不快音を与える
ため大きな問題になるものと考える。

本考案はかかる異常振動の原因を調らべ、広範囲の地域
で、かつ流量制御器のいかなる使用場所においても異常
振動の発生を防止し解決しようとするものである。

以下、異常振動音の発生原因については先止め式水制御
器の公知例を示す図面、またその防止方法については、
一実施例を示す図面にしたがって説明する。

第１図は先止め式水制御器の一例で、１はネジ２で一体
化したベース３とカバー４とからなる水制御器のボディ
で、一端に給水圧管５と接合された給水口６を、他端に
熱交換器７と接合され、送水する送水口８をそれぞれ形
成しており、また給水口６と送水口８との間には、弁数
納室９とダイヤフラム作動高圧室１０、および流量調節
器１１が設けである。

さらに弁数納室９には、給水口６と連通した弁座１２と
、弁スプリング１３の余圧で押されて、ダイヤフラム２
１と接触状態を保持している弁１４が収納されている。

また、弁座１２は、ダイヤプラム作動高圧室１０、およ
び流量調節器１１から熱交換器７を経て、蛇口１５に連
通していると共に、圧力検出口１６から圧力導入路１７
、およびフロート１８を経て、ダイヤフラム作動低圧室
１９に連通している。

圧力導入路１７は、フロート１８の外壁と０−リング２
０とによって液密にダイヤフラム作動高圧室１０と遮断
されている。

ダイヤフラム２１は押え板２２と２３でサンドウィッチ
型に構成されていると共にダイヤプラム作動高圧室１０
とダイヤフラム作動低圧室１９とを仕切るごとく、カバ
ー４とベース３とで液密に保持されている。

ダイヤフラム２１と弁１４は、ダイヤフラムスプリング
２４と弁スプリング１３とによってそれぞれ逆向きの余
圧を受けており、水圧に応動して一体運動可能に構成さ
れている。

またガス弁２５はロフト２６を介してダイヤフラム２１
の動きと連動可能になっていると共に、ガス弁スプリン
グ２７の余圧によって常に閉止方向に附勢されている。

ガス通路ボディ２８とカバー４とはガス弁とダイヤフラ
ム２１との連動機能を消すように接合され、さらにガス
通路２９内のガスが外気へ洩れないようにＯ−リング３
０によって遮断され、またダイヤフラムの作動低圧室１
９内の水がロット２６の外表面を通じて外気へ、あるい
はガス通路２９内へ洩れないようにＯ−リング３１によ
って遮断されている。

第２図は第１図に示した水制御器の構成要素のうち弁数
納室９の拡大断面図を示すものである。

水制御器が正常に動作している場合には、一定の流量が
給水管５から弁数納室９、および弁座１２を経て、さら
にダイヤフラム作動高圧室１０、および流量調節器１１
．熱交換器７を経て蛇口より放水される。

こ）で給水管５の水圧が急激に上昇した場合の水制御器
の働きを考えると、給水圧の上昇に伴って、ダイヤプラ
ム作動高圧室１０の水圧も上昇すると共に、流れる流量
も増加するため、流量調節器１１の通水抵抗によって流
量調節器１１の入口と出口の圧力差が大きくなる。

したがって、この流量調節器１１の出口の水圧と、圧力
導入路１７によって連通しているダイヤフラム作動低圧
室１９内の水圧とは、等しいため、給水圧の上昇によっ
てダイヤプラム作動高圧室１０とダイヤフラム作動低圧
室１９との圧力差が大きくなり、この圧力差と、ダイヤ
フラムの実効面積との積に相等する力、さらに給水圧と
弁１４の可動方向の受圧面積との積に相当する力、およ
びダイヤプラム作動高圧室１０の水圧が弁１４の可動方
向に作用する力等を合皮した弁作動力も大きくなる。

この結果、弁作動力と、ダイヤプラムスプリング２４、
弁スプリング１３およびガス弁スプリング２７等の歪み
力を合皮した合成応力とが平衡するまで弁１４は開孔面
積が小さくなる方向に移動し、給水圧が上昇しても、流
量が変わらないように動作する。

したがって、正常な水制御器の動作は、給水圧の変化に
応動して弁１４が定位置に移動し、安定に静止して、一
定の流量に制御する機能を有していなければならない。

一方、水制御器の動作が不安定であれば、給水圧の変化
に応動し、弁１４が、定位置に移動しようとするが、安
定に静止しないが、振動する現象が現われるものと考え
る。

このような異常振動が、−担発生すると、大きな水圧変
動を誘発し、これが熱交換器を励振し、衝撃的な不快音
を発生することになる。

次に、水制御器の動作安定性について説明する。

第３図は第１図に示した水制御器と、給水管５、熱交換
器７、蛇口１５等の通水路系、および水制御器とガスボ
ディの機械系等を含む振動系において、定常振動発生時
の制御回路のブロック線図を示すものである。

４０は給水管５、水制御器、熱交換器７および蛇口１５
を含む通水路系における水の運動方程式と、水圧変動が
ダイヤフラム２１、弁１４の実効受面積に加わる駆動力
方程式をラプラス変換することによって求めた弁１４お
よびダイヤフラム２１の変位Ｘ （Ｓ）に対する駆動力
応答を示す伝達関数Ｈ（Ｓ）で、また４１はダイヤフラ
ム２１、弁１４、フロート１８、ロッド２６、ガス弁２
５等の質量系と、ダイヤフラムスプリング２４、弁スプ
リング１３、ガス弁スプリング２７等のステイフネ系、
ならびにＯ−リング２０．３０．３１等の粘性定数系で
形成される振動系の振動方程式をラプラス変換すること
によって求めた外力Ｆ（Ｓ）に対するダイヤフラム２１
、および弁１４の変位応答Ｘ （Ｓ）を示す伝達関数Ｇ
（Ｓ）で、さらに水圧および流量変動力によって、ダイ
ヤフラム２１、弁１４の実効受圧面積に作用する水力を
Ｆ （Ｓ）で定義した制御要素を制御回路のブロック線
図に表わしたものである。

この制御回路を安定に動作させるための条件は、自動制
御理論に基づいて、安定度の判別を行うことによって設
定することができる。

これより、水制御器の動作の不安定性、あるいは安定性
を左右する要因は水制御器の給水口６から見た給水管５
内の流体の等価質量、あるいは等価容量と給水圧を受け
る弁１４の可動方向で弁を閉止する方向にみた受圧面積
との相乗積が、最も大きく影響をおよぼし、この値が零
であれば、水制御器は安定領域で動作し、また、水制御
器および熱交換器等の通水路系の流体質量、あるいは流
体容量と、ダイヤフラム作動高圧室１０内の水圧を受け
る弁１４の可動方向の受圧面積との相来積の値が小さい
程さらに安定度が高まること等が認められる。

一例として、第４図に給水管５および熱交換器７、蛇口
１５を同一のものを用い、さらに弁１４の静特性を一定
にして、可動方向に対して閉止方向の弁の受圧面積差Ａ
と給水圧Ｐｏとの相互間における水制御器１の動作安定
臨界曲線を示す。

この動作安定臨界曲線は、例えば受圧面積差Ａ１己なる
弁を用いた場合、給水圧Ｐｏ、ｋｇ／己以上で弁の動作
が不安定性となり、給水圧の外乱等によって異常振動が
発生することを意味するものである。

この動作安定臨界曲線は、給水圧の外乱によって異常振
動が発生しやすい性質が強まる傾向になる。

この給水管５内の流体の等価質量、あるいは等価容量は
給水管の配管鋼の状態、ならびに配管の長さ、太さ材質
およびこれらの構成等によって定まる成分である。

したがって、一般家庭、工場等の給水配管状態が複雑で
、かつ給水圧が広範囲に亘っているため、これらの場所
によっては湯沸器水制御器の異常振動が発生する場合と
、発生しない場合が実際に現われることも十分予想され
るものである。

さらに、水制御器の動作安定臨界曲線は水制御器内部の
構成要素の寸法、材質、形状ならびに通水路構成等によ
って異なるが、第４図に示した動作安定臨界曲線と同じ
傾向を示すものである。

したがって、弁１４の形状および弁の構成で、給水圧に
よる弁の可動方向に作用する力を零に、あるいは相殺す
るような弁の形状および構成にすることによって、水制
御器は広い給水圧の範囲で、かついかなる給水配管状態
で水制御器を使用しても安定に動作する条件を満すと共
に、ダイヤフラム作動高圧室１０の水圧による弁軸方向
に作用する力を相殺するような構成にすることによって
、さらに動作安定度が高まることになる。

こ）で一実施例として、異常振動が発生しない弁の形状
および構成について第５図に示す。

第５図は第１図に示した水制御器１の構成要素のうち、
弁駁納室９に相当する拡大断面図で、第１図に附記した
符号と同符号の場合は、同じ部分を示すものである。

すなわち９は弁駁納室で、パツキン３２を介してベース
３とプラグ３３とで液密に結合されており、プラグ内室
３４はバックアップリング３５によって弁数納室９内の
水が弁１４の外表面を経て流れ込まないように遮断され
ていると共に、弁１４内部を貫通して設けられた圧力導
入路３６によッテ、タイヤプラム作動高圧室１０に連通
している。

弁座１２よりダイヤフラム作動高圧室１０内に抜けてい
る弁１４の先端は、弁スプリング１３によって、ダイヤ
フラム２１と常に接触状態を保持されている。

さらに、弁１４の左凸部３７の外径と右凸部３８の外径
とは相等しいように構成されている。

このような弁の形状および構成にすると、弁１４の中央
部で弁の可動方向の左側、および右側端面の受圧面積が
相等しいため、給水圧による弁可動方向に対する閉止方
向の作用力は相殺されて零に等しくなり、広い給水圧範
囲で、かついかなる給水配管状態でも、異常振動が発生
しない条件を満すと共に、圧力導入路３６を設けること
によって、弁１４の左凸部３７、右凸部３８の左右端面
３７ａ、３８ａに加わるダイヤフラム作動高圧室１０の
水圧による、弁の可動方向に作用する力は相殺され、動
作安定度がさらに高まる特徴を有しているものである。

しかし、弁１４の左凸部３７の外径と右凸部３８の外径
とが等しい条件のもとで、これらの値が弁座１２の開孔
径よりも大きくなると、異常振動は発生しないが、流量
制御機能が不能になる場合がある。

これは給水圧が、弁座の開孔面積を制御しようとする弁
１４のテーパ部分に作用し、この水圧による弁可動方向
で右向き方向の力が大きくなり、この力が弁スプリング
１３の力よりも大きくなると、弁座１２と弁１４の相対
位置関係によって決まる開孔面積が大きくなる方向に作
用するためである。

この結果、給水圧が大きくなればなるほど、弁座１２の
開口面積が大きくなり、流量が増大し流量制御機能が働
かなくなるのである。

したがって、弁１４の左凸部３７の外径と右凸部３８の
外径とが等しい条件で、これらの外径と弁座１２の開口
径の寸法は、給水圧に対する流量制御特性を満足させる
方向で適切に設定すればよい。

また、バックアップリング３５による水シール効果が、
バックアップリング３５に割を入れた部分の隙間、ある
いは、バックアップリング３５と弁１４の間の隙間等に
よって低減し、これらの隙間より給水側の水が弁駁納室
９を通じてプラグ内室３４に流れ込み、多少給水圧より
も減圧した水圧が弁１４の可動方向に対する閉止方向に
作用するため、水制御器の動作が不安定になる場合があ
る。

したがって、バックアップリング３５は、水制御器の動
作安定性をそこなうことがないように、正常な水シール
効果を満すと共に、水道水内に含む砂、およびゴミ等の
細かい浮遊粉じんによって、バックアップリング３５の
形状が変化し、水シール効果が低減しないようにするこ
とが必要である。

以上、先止め式瞬間湯沸器の水制御器の実施例にしたが
って説明したが異常振動の発生原因、ならびにその防止
方法は、第１図に示した構成の水制御器はもちろん、第
１図で示した弁１４がフロント１８と兼用した弁構成、
あるいは、ダイヤフラム２１の中心軸上に位置した弁構
成の場合にも同様の考え方で、適用できると共に、さら
に元止め式瞬間湯沸器水制御器、ガス制御器、油制御器
等、スプリング、ダイヤフラムと弁の併用を基本にした
一般的な流量制御器にも適用できる特長を有しているも
のである。

しかも弁がプラグにより本体に対し着脱自在に設けられ
ているので、弁の圧力導入路がごみ等で目詰りを起こし
てもその清掃作業は容易に行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の流量制御器を含む湯沸器通水路系の全体
構成を示す横断面図、第２図は同要部拡大断面図、第３
図はその制御回路のブロック線図、第４図は動作安定臨
界曲線図、第５図は本考案の実施例における装置要部の
断面図である。 １４・・・・・・弁。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ダイヤフラムによって作動高圧室と作動低圧室とに仕切
   り、作動高圧室側には入口から円筒状の弁数納室と弁座
   を通じて作動高圧室に入り作動高圧室から出口へ出てゆ
   く流体流路を構成し、作動低圧室側にはダイヤフラムを
   作動高圧室側へ付勢するダイヤフラムスプリングを設け
   、弁数納室では一端に弁座を設け、軸方向側部に入口を
   設けており、ダイヤプラムと一体に動いて弁座の開口度
   を制御する略軸状の弁を弁数納室に入れ、弁座と対向す
   る弁数納室の他端には弁の端部が出没自在に嵌合する円
   筒状のプラグ内室を形成し、バックアップリングのシー
   ル部材で閉じられたプラグ内室を作動高圧室と連通させ
   る圧力導入路を弁の軸方向へ貫通形威し、弁は、弁座と
   対向する左凸部と、弁摺動部内に出没する右凸部とを同
   径に成形し、プラグ内室の一部には弁の右凸部に接する
   バックアップリングを固定して構成した流量制御器。