JPS61124786A - 圧力比例制御弁 - 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 本発明は、ガス燃焼器具等に用いられ、燃焼負荷信号、
すなわち湯温、室温等に応じて連続的に出口側ガス圧力
（流量）を制御し、所望の温度を得るための圧力比例制
御弁に関するものである。

従来の技術 燃料ガスの供給圧は変動するため、この変動を吸収する
ガスガバナが必要である。このため、ガスガバナの設定
力を電磁力によって可変し、比例１３４１７５七ぺ象） 従来のこの種圧力比例制御を第４図及び第５図に示す。

第４図において１は弁体２、弁座３、弁体２に設けられ
たダイヤフラム４、弁体２の自重をキャンセルするため
に設けたスプリング５を有するガバナ部、６は永久磁石
７、センターボール８、ヨーク９及びコイル１ｏが巻回
され、センターボール８に上下動可能に設けられたコイ
フレボビン１１を有する駆動部であシ、コイＪｖ１０へ
の通電によりフレミングの左手の法則にしたがってコイ
ルポビン１１を下方に変位させる電磁力が発生し、ガバ
ナ設定力が可変される。この駆動部６によれば、通電量
に比例した電磁力が得られるとともに、通電量一定時に
おいてコイルポビン１１が変位しても電磁力が変化しな
いという特徴がある。

第５図は、他の従来例を示し、磁性体としての永久磁石
１２を備えた弁体１３と、永久磁石１２と近接する位置
に配設された固定鉄心１４を有し、永久磁石１２とは反
発する方向の磁力を発生するコイ１ｌｚ１５と、流体入
口１６の圧力を受けて弁体１３を閉弁付勢するダイヤフ
ラム１７とを備え、コイ／ｌ／１５に印加する電流を制
御することにより電磁反発力を制御しガバナ設定力を可
変するごとく構成されている。１８は弁体１ａを閉弁付
勢する巻ばねである。

この駆動部６′では、コイ／ｌ／１５への通電量一定時
において弁体１３、すなわち永久磁石１２が変位すると
、永久磁石１２と固定鉄心１４間のエアーギャップの２
乗に比例して電磁力が変化する。

しかしながらこれらの従来例では、ダイヤフラム４．１
７及びスプリング５、巻ばね１８の影響が圧力比例制御
弁の基本性能の一つであるガバナ特性に出てしまう不具
合があった。この点について第６図〜第８図により説明
する。

第６図はコイ／ｌ／１０．１５に所定の通電量を印加し
た場合における弁体２．１３の変位量ｘｖ１つまり弁開
度と電磁力Ｆｍの関係及び弁体変位量Ｘｖとダイヤフラ
ム４．１７とスプリング５、巻　　　　゛ばね１８の合
計たわみ力Ｆｋの関係を示した特性図である。前記した
ように＄４図従来例ではＡの特性に示したように弁体２
が変位しても電磁力Ｆｏは変化せず一定であり、第５図
従来例ではＢに示したごとく、弁体１３が変位すると永
久磁石１２と固定鉄・０１４間のエアーギャップが大き
くなるため、弁体１３の変位にともない電磁力Ｆ。

が減少する。

第７図は、弁体変位量ｘｖとガバナ設定力Ｆｇ、すなわ
ち実質的に弁体２．１３に作用する力の関係を示した特
性図であり、ここでは電磁力Ｆｍとたわみ力Ｆｋの差を
示している。第７図かられかるように第４図従来例では
Ａ′に示すようにダイヤフラム４とスプリング５のたわ
み力Ｆｋがガバナ設定力Ｆｇの変化に直接影響し、第５
図従来例ではＢ′のようにたわみ力Ｆｋと電磁力Ｆ−の
変化の両方がガバナ設定力Ｆｇに影響する。

第８図は流体入口側の一火工Ｐ１　と流体出口側の二次
圧Ｐ２の関係を示すガバナ特性である。−火工Ｐ１の変
化にともない自動的に弁開度が調液されるわけであるが
、−火工Ｐ１が増加すると弁開度、すなわち弁体変位量
Ｘｖは小さくなりガバナ設定力Ｆｇが大きくなるために
及びＢ′に示したように理想的な特性Ｃに対して増加方
向の特性となる。この傾向は、大きな弁開度が必要とな
る低発熱量のガス燃料用として使用する場合特に影響が
大である。

第４図従来例においてガバナ特性を良好にするためには
ダイヤフラム４及びスプリング５のバネ定数を限りなく
小さくすればよいが、実用には限度があり、またスプリ
ング５での閉弁力を大きくとりたい場合、小さなバネ定
数で大きな設定力を得るためスプリング５０大型化につ
ながる。

また第５図従来例では永久磁石１２と固定鉄心１４間の
エアーギャップを大きくし、電磁力Ｆ−の変化を小さく
すれば改善できるが、エアーギャップ間の磁束密度が低
下するため、コイＡ／１５の大型化につながる。

発明が解決しようとする問題点 本発明は上記従来例の欠点であるダイヤフラム、スプリ
ング、巻ばねが圧力比例制御弁のガバナ特性に悪影響を
与えないようにする点にある。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり
、比例制御が行えるとともに良好なガバナ特性が得られ
、かつ駆動部の小型化を図ることを目的とする。

この目的を達成するために本発明による圧力比例制御弁
は、流体入口、流体出口の間に設けた弁座と、弁体と、
その弁体と一体に設けられた流体圧を受けて動作するダ
イヤフラムと、前記弁体を閉弁付勢する付勢要素とから
構成されるがバナ部と、コイルと、固定磁性体と、前記
コイルへの通電により発生する電磁力により前記弁体を
動作させるプランジャとから構成されるプランジャ方式
の駆動部とからなり、前記プランジャの変位に対する電
磁力の変化率ｋｆｍ　　と、前記ダイヤフラムと付勢要
素の弁体変位に対するたわみ力の変化率に５をガバナ設
定力が一定となるよう略一致させて構成したものである
。

作　　用 との構成により、−火工（流体供給圧）が変化してプラ
ンジャのコイｐ及び固定磁性体との相対位置が変化し電
磁力が変化した場合、その時の電磁力の変化率ｋｆｍ　
　と、ダイヤプラム及び付勢要素の弁体（プランジャ）
の変位に対するたわみ力の変化率に、が略等しくしであ
るため電磁力の変化が吸収されガバナ設定力を一定なも
のにできる。

また、電磁力の変化がガバナ特性に影響しないため、駆
動部の磁気効率が高められ、小さな起磁力で制御が行え
る。したがって駆動部の小型化が図れる。

実施例 以下本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明による圧力比例制御弁の断面構造図を
示す。１９はガバナ部であシ流体入口２０と流体出口２
１の間に設けた弁座２２を設けた弁ボディ２３、流体入
口２０側の圧力を受けて動作するダイヤフラム２４がと
下に設けた膜板２５ａ、２５ｂとともにピン２６及びブ
ツシュナツト２７によシ固定装着された弁体２８、弁体
２８に嵌挿されるとともにリングホルダ２９により挟持
され弁座２２に当接して弁を閉止する弾性体製のシール
リング３ｏ及び弁体２８を閉弁方向に付勢する付勢要素
３１とベースキャップ３２を有する。

３３は駆動部であり、コイＡ／３４とコイ／ｌ／３４を
包囲するごとく設けたヨーク３５及び継鉄板３６からな
る固定磁性体３７、及びコイ）ｖ３４の中央部に貫通し
て設けた摺動パイプ３８内を上下動自在に設けたプラン
ジャ３９を有し、コイル３４に通電することにより電磁
力が発生し、プランジャ３９は下方に変位して弁体２８
を変位させ、流体出口２１の圧力（流量）を制御する。

以との構成において非通電時には付勢要素３１によって
弁体２８は閉弁力を受け、シールリング３０が弁座２２
に押し付けられて流体の流通を遮断する。次にコイｔＶ
３４に通電すると電磁力がプランジャ３９に作用して弁
体２８を下方に変位させ、コイ／Ｌ’３４への通電量に
応じて流体出口２１側の圧力が制御され、また周知のが
パナ機能を有する。つまシ、この種圧力制御弁に必要な
比例制御、流体遮断、ガバナの３４１！能を有する多機
能型圧力制御弁となる。

第２図は、弁体２８の変位量ｘｖとコイ）ｖ３４に所定
の通電量を印加した時の電磁力Ｆｍの関係及びダイヤフ
ラム２４と付勢要素３１の弁体２８の変位Ｘｖに対する
トータル的なたわみ力Ｆｋの関係を示したものである。

ここでこの種プランジャタイプの駆動部３３では、コイ
／Ｌ／３４によシブランジャ３９を引込むソレノイド吸
引力とプランジャ３９の土面３９ａとヨーク上面３５ａ
及びプランジャ３９の下面３９ｂと継鉄板３６間に作用
する吸引力の合力がプランジャ３９を下方に変位させる
電磁力Ｆｍとして作用する。ソレノイド吸引力はプラン
ジャ３９の中心がコイ／ｌ／３４の高さ方向の中央部に
位置する時に最も力が大きく、また後者の吸引力はエア
ーギャップの２乗に比例してエアーギャップが小さくな
るほど大きくなる。

その結果、起磁力すなわちコイル３４への通電量を一定
にした状態でプランジャ３９が変位すると第２図に示し
たごとく電磁力Ｆｒｎは右上りの特性となる。本実施例
では弁体２８が閉止点から全開ｍａｘまで変位する変位
量ＸＫ対する電磁力ＦｒＸ１の変化量ΔＦｍの比率ｋｆ
ｍ＝ΔＦ−／Ｘと、たわみ力Ｆｋの変化量ΔＦｋの比率
ｋｔ＝ΔＦｋ／Ｘを略等しく設定している。したがって
第３図に示すようにガバナ設定力Ｆｇは弁体変位量ｘｖ
が変化してもほぼ一定なものにできる。その結果、第８
図Ｃの特性昏て示したように二次圧Ｐ２の変動のない理
想的なガバナ特性が得られる。

以上のごとく本実施例によれば、弁体変位Ｘｖの変位に
対する電磁力Ｆｍの変化率ｋｆｍ　　とたわみ力Ｆｋの
変化率に、を略一致させる（具体的には付勢要素３１の
バネ定数を調整する）のみの簡単な操作でガバナ特性を
良好なものにできるとともに、電磁力Ｆｍの変化を付勢
要素３１のバネ定数を利用してキャンセルするため大き
な電磁力変化を有する駆動部３ａを使用できる。このこ
とはプランジャａ９の上面３９ａとヨーク３５の上面３
５＆間、及びプランジャ３９の下面３９ｂと継鉄板３６
間のエアーギャップを小さくできることにつながり、ヨ
ーク３５、継鉄板３６、プランジャ３９で形成される磁
気回路の磁気抵抗が低減できる。したがって駆動部３３
の小型化、低コスト化が図れる。さらに弁座２２と弁体
２８間に弾性体製のシールリング３０を設けて閉止を行
うため、比例制御、流体遮断、ガバナ機能を有する多機
能な圧力比例制御弁を提供できる。特に流体遮断機能を
付加する場合、付勢要素３１の設定力を大きくする必要
があるが、本実施例によれば、この種流体遮断機能を有
する場合においてもガバナ特性を良好にできるとともに
駆動部３３を小型化できる。

なお燃料ガスの制御を行う場合、ガス種によって発熱量
が異なり、制御二次圧Ｐ２及び弁開度ｘｖが異なるため
、必然的にコイ１ｖ３４への制御電流及び電磁力Ｆｍの
変化率ｋｌ工が異なってくるが、各ガス種に応じて付勢
要素ａ１のバネ定数を変更すればよい。また、若干のガ
バナ特性の変化幅が許容される場合は、制御二次圧Ｐ２
が中間的な値である１３Ａ等の天然ガスグループを制御
する場合の変化率ｋｆｍとたわみ力の変化率に、を略一
致させておけば、燃料ガス共通で使用できる。

発明の効果 以上詳述したように本発明によれば以下の効果が得られ
る。

（１）　　プランジャタイプの駆動部を用いるとともに
、弁体変位量Ｘｖに対する電磁力の変化率ｋｆｍ　　と
、ダイヤフラムと付勢要素のたわみ力の変化率ｋ。

を略一致させる（具体的には付勢要素のバネ定数を調整
する）のみの簡単な操作でガバナ特性を良好にできる。

このことは特にＡ／Ｆ等高精度な流量制御を行う場合に
好適である。

（２）電磁力Ｆｍの変化を付勢要素によって吸収するた
め、電磁力変化の大きい駆動部が使用できる。

したがって電磁駆動部の磁気効率を高めることができ、
駆動部の小型化、低コスト化が実現できる。

（３）　　閉止機能を付加する場合等、閉弁力を大きく
する場合においてもガバナ特性を悪化させることがない
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧力比例制御弁の断面
図、第２図は同弁体変位量と電磁力の変化を示す特性図
、第３図は同弁体変位量とガバナ設定力の関係を示す特
性図、第４図は従来例を示す圧力比例制御弁の断面図、
第５図は他の従来例を示す圧力比例制御弁の断面図、第
６図は従来例における弁体変位量と電磁力の関係図、第
７図は同弁体変位量とガバナ設定力の関係図、第８図は
ガバナ特性図である。 １９・・・・・・ガバナ部、２０・・・・・・流体入口
、２１・・・・・・流体出口、２２・・・・・・弁座、
２４・・・・・・ダイヤフラム、２８・・・・・・弁体
、３１・・・・・・付勢要素、３３・・・・・・駆動部
、３４・・・・・・コイル、３７・・・・・・固定磁性
体、３９・・・・・・プランジャ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第　
４　■ 第５図 ８１Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 流体入口と流体出口の間に設けた弁座と、弁座に対向し
   て設けた弁体と、前記弁体に一体に設けられ流体圧を受
   けて動作するダイヤフラムと、前記弁体を閉弁方向に付
   勢する付勢要素とから構成されるガバナ部と、コイルと
   、固定磁性体と、前記コイルへの通電により発生する電
   磁力により前記弁体を動作させるプランジャとから構成
   される駆動部とからなり、前記プランジャの変位に対す
   る電磁力の変化率ｋ＿ｆ＿ｍと前記ダイヤフラムと付勢
   要素の弁体変位に対するたわみ力の変化率ｋ＿εをガバ
   ナ設定力が一定となるよう略一致させた圧力比例制御弁
   。