JPS634070B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS634070B2
JPS634070B2 JP55047598A JP4759880A JPS634070B2 JP S634070 B2 JPS634070 B2 JP S634070B2 JP 55047598 A JP55047598 A JP 55047598A JP 4759880 A JP4759880 A JP 4759880A JP S634070 B2 JPS634070 B2 JP S634070B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
valve body
valve
type
solenoid
Prior art date
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Expired
Application number
JP55047598A
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English (en)
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JPS56143880A (en
Inventor
Kazuo Okamura
Akira Sugawara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku Mikuni Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Tohoku Mikuni Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku Mikuni Kogyo Co Ltd filed Critical Tohoku Mikuni Kogyo Co Ltd
Priority to JP4759880A priority Critical patent/JPS56143880A/ja
Publication of JPS56143880A publication Critical patent/JPS56143880A/ja
Publication of JPS634070B2 publication Critical patent/JPS634070B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2227/00Ignition or checking
    • F23N2227/20Calibrating devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2235/00Valves, nozzles or pumps
    • F23N2235/12Fuel valves
    • F23N2235/16Fuel valves variable flow or proportional valves

Landscapes

  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Lift Valve (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はガス種によつてもソレノイドの始動電
流が変らないようにした比例制御弁に関する。 市販されている燃料ガスは、大別して液化石油
ガス、天然ガス、製造ガス(都市ガス)があり、
これらは供給圧力が異なることは周知の通りであ
る。これらのガスを用いる器具において同一圧力
としてガスを供給しても、ガス種によつて発熱量
などの特性が異なるため、器具に装着されている
ガスカバナーの2次圧を各ガス種毎に調整してい
るのが現状である。 従つて弁と弁座の間隙を制御してガス流量を制
御しようとするガスの比例制御弁としては、ガス
流量=0(全閉状態)からガス流量最大(全開状
態)に至る全域で弁体のまわりに生じさせる圧力
損失はガス種毎に変るものと考えてよい。 一方、弁座内径とガス流量、比例制御弁の圧力
損失との関係は、流量係数1とした場合に下式で
表わされる。 但し、 D:弁座内径 Qnax:ガス流量(最大) γ:ガスの比重量 g:重力の加速度 △PVnio:最大ガス流量流れたときに許
容される比例制御弁の圧力損失 上式(1)から明らかなように、弁及び弁座の形式
がどのようであれ、弁座内径Dの最小径は、ガス
の発熱量、比重量及び最大ガス流量を流したとき
に、許容される比例制御弁の圧力損失によつて必
然的に定められる。従つて弁体の外径は、弁座内
径Dよりやゝ大きめに定められることになる。 更に、弁体を動作させるアクチエータとしてソ
レノイドを用いるときは、ソレノイドの特性とし
て弁体の変位と励磁電流との関係はヒステリシス
の小さいことが望ましい。また励磁電流と弁体の
変位の関係が直線的に比例するものも提案されて
いるが、いづれも磁束の漏洩が多いためソレノイ
ドの力はその大きさに比較して小さい。このよう
に弁体の外径はガス種によつて異なり弁体の前後
に生ずる圧力差(弁体のまわりの圧力損失)もガ
ス種になつて異なる以上、この圧力差が弁体に作
用する力はソレノイドの比較して無視し得ないた
め、ガス種が変ると弁体に作用する弁体のまわり
の圧力損失が異なり、これがソレノイドの制御電
流に影響を及ぼすものと考えられる。 本発明は、ガス種によつてソレノイドの制御電
流が変らないように弁体の外径を定めた比例制御
弁を提供するものである。 即ち、発明の構成として、ガス比例制御弁を弁
体を動作させるアクチエータとして、ソレノイド
を用い、弁体と弁座との間隙をソレノイドの励磁
電流で制御して流体流量を制御するガスの絞り弁
に於て、ガス種によつて変るガスの供給圧力、あ
るいはガス種によつて異なるガスガバナーの二次
圧に応じて使用されるガス種のそれぞれについて
求められる弁座内径を有する弁座と、前記弁座内
径より定められる外径を有する弁体とにより構成
され、更に、使用されるそれぞれのガス種につい
て、弁体のまわりに生ずる圧力損失が弁体に作用
する力の最大値に等しくなるように弁体の外径な
らびに弁座の内径を修正することによりソレノイ
ドの始動電流をガス種に無関係に一定とした構成
とすることによつて、前述の問題点を解決し得た
ものである。 本発明は、前述の構成とすることにより、市販
されている燃料ガスのガス種、供給圧力等の相違
により発熱量等の特性が異なる場合にも、ガス種
によつて変るガスの供給圧力、あるいはガス種に
よつて異なるガスガバナーの二次圧力に応じた弁
座および弁体を定めることによりソレノイドの始
動電流をガス種に関係なく一定とすることがで
き、ガス流量を最小流量から最大流量まで正確に
制御しうる作用を呈し得る。 以下、ガス器具(ガス燃焼器)を例にとつて説
明する。 第1図はガバナ1を経てガス器具2に燃焼ガス
を供給する場合のブロツク図である。従来のガス
器具において、ガバナ1の出口からガス器具2の
ノズル出口に至る間のガスの保有する水頭圧の収
支は次式で与えられる。 P2+γ/2gW2 Gnax=△Pnax+γ/2gW2 Nnax …(2) 但し、P2…ガバナの二次圧 γ…ガスの比重量 g…重力の加速度 WGnax…ガバナ出口のガスの最大流速 WNanx…ノズル出口におけるガスの最大
流速 △Pnax…ガスが最大流量流れたときのガ
ス器具のガバナ出口からノズル出口
に至るまでの圧力損失 (2)式で表わされる従来のガス器具に、第2図の
如く比例制御弁3を介設した場合には、 P2+△PVnio+γ/2gW2 Gnax =△Pnax+γ/2gW2 Nnax+△PVnio …(3) 但し、△PVnio…ガスが最大流量流れたときの
絞り弁の圧力損失 また、任意のガス流量が流れているときは、 P2+△PVnio+γ/2gW2 G =△P+γ/2gW2 N+△PV …(4) (4)式において左辺第2項の△PVnioが△PVに直
つていないのは、ガスの通過する系に比例制御弁
を設けたことにより、ガスが最大流量流れたとき
の絞り弁の圧力損失(△PVnio)分だけ系の圧力
損失が増大するので、ガバナの二次圧(P2)を
△PVnioだけ高くした事を意味する。ガバナの二
次圧を高くせずに何らかに方法でガバナ出口から
ノズル出口までの系の圧力損失を△PVnioだけ減
少させる方法、例えば配管系を太くしてもよい。 さらに、P2+△PVnio=P2S・Q/Qnax=ε(Q
はガス流量)とおき、WG=WGnaxε・WN
WNnaxε・△P=△Pnaxε2および(2)式を(4)式に代
入して △PV−△PVnio/P2S−△PVnio=1−ε2 …(5) を得る。(5)式は流体の供給圧力(ガバナの二次圧
P2S)が一定のガス器具における絞り弁3の絞り
特性を示す式である。 しかし、一般にガバナの二次圧P2とガス流量
Qとの関係(以下P2〜Q特性という)は、第3
図a,bに示すとおりである。従つて実用的には
ガス流量の変化に伴つてガバナの二次圧が変動す
るものとして絞り特性を示した方が望ましい。 ガバナのP2〜Q特性を示す式を P′2SG(Q)=G(ε) …(6) 但し、P′2S…任意のガス流量Qが流れたときの
ガバナ二次圧 G…ガス流量Qの関数、即ちεの関数 として(5)式のP2Sの代りに(6)式を代入すれば、(7)
式を得る。 △PV=(1−ε2){(ε)−△PVnio} +△PVnio …(7) (7)式はガバナの二次圧がガス流量の変化に伴な
つて変動する場合の比例制御弁の絞り特性を示す
一般式である。 次に、同一のガス器具(ガス燃焼器具)におい
て、3種類のガスに対応する場合を考えてみよ
う。説明を簡単にするため、ガスの特性は単位体
積当りの発熱量が異なる以外は同一のものである
と仮定する。3種類のガスをG1,G2,G3と
し、それらガスの単位体積当りの発熱量HをH1
>H2>H3とすれば、それぞれのガスの最大ガス
流量はQnax1<Qnax2<Qnax3となり、(7)式で与え
られた絞り特性も同一のものとすれば(1)式より弁
座内径は、D1<D2<D3となる。弁体に作用する
力は、弁体の面積と弁体のまわりに生ずる圧力損
失の積で与えられるから、その力をFとすれば、
一般式は F=△PV・π/4D2=π/4D2〔(1−ε2){
(ε)△PVnio}+△PVnio〕…(8) として表わすことができる。但し、この場合、弁
体の外径と弁座内径を等しいものとした。このF
を浮力と定義する。 第5図はアクチエータとしてソレノイド9を用
いた比例制御弁を示す。図中10はヨーク、11
はコイル、12はプランジヤ、13はスプリン
グ、14はプランジヤ下端に形成した弁軸であ
る。コイル11の中心に摺動自在に設けられたプ
ランジヤ12は、コイルに通電することによつて
コイルボビン内に吸収されるが、その変位はプラ
ンジヤの動作に反発する方向に装着されたスプリ
ング13の強さと励磁電流の大きさによつて決ま
り、このプランジヤ12の変位が、すなわち弁体
4の変位となる。 プランジヤ12の変位とソレノイドコイルの励
磁電流との間には、一般に一次比例の関係はな
い。一次比例の関係をもたせるには磁束の漏洩を
多くしなければならない。すなわち、吸引力が同
じならば、一次比例するソレノイドは一般のもの
に比較してコイルが大きくなると共に、消費電力
も大きくなる。 本発明によれば、ソレノイドをアクチエータと
して採用する場合には、励磁電流と弁体(プラン
ジヤ)のストロークとの間には、一次比例の関係
は、かえつて望ましいものではなく、ただヒステ
リシスだけを小さくしておけばよい。 第5図において、弁体4と弁座6が当接してい
るとき、すなわち弁が全閉状態にあつてガス流量
が「0」の場合、(7)式のεが0となつて、(ε)
は第3図a,bに示す圧力Piが弁体4に作用す
る。弁の全閉状態を維持するためには、ソレノイ
ドのスプリング13の取付荷重FBはFB≧π/4D2Pi でなければならない。 しかるに、先に説明したように弁体内径D1
D2<D3の関係があるから、ガス種によつてπ/4 D2Piの値FB(浮力)が異なる。このガス種毎に異
る浮力に対応するため、ソレノイドのスプリング
の取付荷重をガス種毎に換えたり、調整したりす
ることは容易に考えられるが、本発明では前記
FBを最大値FB0と一定にし、一番大きな浮力を生
ずるガス種と同じ浮力に他のガス種の浮力を合せ
るため、弁体の外径dを大きくすることにある。
すなわちG3のガスにおける浮力が3種類の中で
一番大きく、その浮力をF3とすれば
【式】なる条件を満足するよう 弁体の外径をdに修正する。すなわちFB0=π/4 d2Piによりdを求める。これによつて (1) ソレノイドのスプリングの取付荷重をFB0
固定できるため、調整の手間がかからない、 (2) 始動電流がガス種によつて変らない、 などの利点がある。 ガスの流れの方向が、第5図と逆の場合には、
弁体に作用する力は F=FB+π/4D2Pi …(9) となつて、やはり弁体の外径によつて浮力が異な
る。 第4図は、プランジヤ12の変位(弁体4の変
位)と励磁電流の関係を例示したものであるが、
プランジヤの変位Sはコイルバネ13の荷重と励
磁電流のバランスによつて定まるので、ソレノイ
ドの吸引力と読み変えることができる。従つて
(FB+π/4D2Pi)なる弁体に作用する力にソレノ イドの吸引力がバランスする点以上の励磁電流を
流さないと弁が開きはじめることができない。こ
の弁の開きはじめの電流は、(9)式で判るように浮
力によつて変るものであり、その対策も前と同様
に、一番大きなガス種と同じ浮力に、他のガス種
の浮力を合わせるように弁径を大きくするもので
ある。 なお、以上の説明では弁体が弁座に当接してい
る場合(全閉状態)について述べたが、弁に全閉
機能を持たせず、弁と弁座の間にわずかに隙間を
設けたり、主弁の他にバイパスを設けて主弁が閉
止状態であつてもバイパスからガスが流れるよう
にした場合においても、そのガス流量に応じて弁
の前後に生ずる圧力差は(7)式を満足するので、本
発明を実施するものといえる。 上述のように、本発明はガスの供給圧力、或は
ガス種によつて異なるガスガバナーの二次圧に応
じて弁体のまわりに生ずる圧力損失が弁体に作用
する力を等しくなるように弁体の径を定めたの
で、ソレノイドの始動電流をガス種に関係なく一
定とすることができ、ガス流量を最小から最大ま
で正確に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はガバナーとガス器具とからなる燃焼装
置のブロツク図、第2図はガバナーとガス器具の
間に比例制御弁を介置させた場合のブロツク図、
第3図a,bはガバナー二次圧とガス流量との関
係を示す線図、第4図はソレノイド励磁電流とプ
ランジヤ(弁体)の変位との関係を示す線図、第
5図は比例制御弁の1例を示す断面図である。 1…ガバナー、2…ガス器具、3…比例制御
弁、4…弁体、6…弁座、9…アクチエータ(ソ
レノイド)、11…コイル、12…プランジヤ、
13…スプリング。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 弁体を動作させるアクチエータとして、ソレ
    ノイドを用い、弁体と弁座との間隙をソレノイド
    の励磁電流で制御して流体流量を制御するガスの
    絞り弁に於て、ガス種によつて変るガスの供給圧
    力、或はガス種によつて異なるガスガバナーの二
    次圧に応じて使用されるガス種のそれぞれについ
    て求められる弁座内径を有する弁座と、前記弁座
    内径より定められる外径を有する弁体とにより構
    成され、更に、使用されるそれぞれのガス種につ
    いて、弁体のまわりに生ずる圧力損失が弁体に作
    用する力の最大値に等しくなるように弁体の径を
    修正することによりソレノイドの始動電流をガス
    種に無関係に一定としたことを特徴とするガスの
    比例制御弁。
JP4759880A 1980-04-11 1980-04-11 Proportional control valve for gas Granted JPS56143880A (en)

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JPS56143880A JPS56143880A (en) 1981-11-09
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