(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力損失発生手段が介挿配置された流体管路を流れる流体の流量を制御するパイロット作動流量制御弁において、
前記圧力損失発生手段を通って流れる前記流体管路の流量を調整するための主弁と、
前記主弁に連結された可動受圧部材によって前記流体管路より隔てられた調圧室と、
前記可動受圧部材に設けられて前記流体管路と前記調圧室内とを連通させる小断面積のリーク路と、
電磁力の大きさに応じて弁軸方向に変位された位置から前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力と下流側の流体圧力との差圧に応じて前記弁軸方向に動く弁体により流量が制御された前記流体管路の上流側の流体を前記調圧室に導くことで前記差圧が一定になるよう前記主弁を制御する作動弁と、
を備えていることを特徴とするパイロット作動流量制御弁。
【請求項２】
前記作動弁は、前記弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用圧縮コイルスプリングと、電磁コイルに流す電流に応じて前記弁体を開弁方向に制御付勢するとともに前記圧力損失発生手段の下流側の流体圧力を受けて前記弁体が受ける前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力との前記差圧に応じて前記弁体を前記弁軸方向に移動させることにより前記弁体を介して前記調圧室に導く前記流体管路の上流側の流体流量を制御する可動鉄芯とを備え、前記圧力損失発生手段の下流側に配置された前記主弁を制御することを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項３】
前記可動鉄芯および弁体は、有効受圧面積がほぼ同一になるように形成されていることを特徴とする請求項２記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項４】
前記作動弁は、前記弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用圧縮コイルスプリングと、電磁コイルに流す電流に応じて前記弁体を閉弁方向に制御付勢するとともに前記圧力損失発生手段の下流側の流体圧力を受けて前記弁体が受ける前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力との前記差圧に応じて前記弁体を前記弁軸方向に移動させる可動鉄芯と、前記可動鉄芯を前記弁体の開弁方向に付勢する開弁用圧縮コイルスプリングとを備え、前記圧力損失発生手段の下流側に配置された前記主弁を制御することを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項５】
前記可動鉄芯および弁体は、有効受圧面積がほぼ同一になるように形成されていることを特徴とする請求項４記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項６】
前記開弁用圧縮コイルスプリングは、前記閉弁用圧縮コイルスプリングの付勢力よりも大きな付勢力を有することを特徴とする請求項４記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項７】
前記作動弁は、前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力を受ける可動弁座と、前記可動弁座の前記調圧室と連通する側にて閉弁するよう配置された弁体と、電磁コイルに流す電流に応じて前記可動弁座を制御付勢するとともに前記圧力損失発生手段の下流側の流体圧力を受けて前記可動弁座が受ける前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力との前記差圧に応じて軸方向に移動される可動鉄芯と、前記可動弁座および可動鉄芯を前記可動鉄芯が電磁コイルに流す電流によって付勢される方向と逆の方向に付勢する圧縮コイルスプリングとを備え、前記圧力損失発生手段の下流側に配置された前記主弁を制御することを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項８】
前記可動鉄芯および可動弁座は、有効受圧面積がほぼ同一になるように形成されていることを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項９】
前記作動弁は、前記弁体を閉弁方向に付勢する閉弁用圧縮コイルスプリングと、前記圧力損失発生手段の下流側の流体圧力を受けて前記弁体が受ける前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力との前記差圧に応じて前記弁体を前記弁軸方向に移動させる心棒と、電磁コイルに流す電流に応じて前記心棒を閉弁方向に制御付勢する可動鉄芯とを備え、前記圧力損失発生手段の下流側に配置された前記主弁を制御することを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項１０】
前記心棒および弁体は、有効受圧面積がほぼ同一になるように形成されていることを特徴とする請求項９記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項１１】
前記圧力損失発生手段は、熱交換器であることを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項１２】
前記圧力損失発生手段は、絞り流路であることを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【請求項１３】
前記可動受圧部材は、ピストンであることを特徴とする請求項１記載のパイロット作動流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパイロット作動流量制御弁に関し、特に給湯装置における流体の流量を調整するようにしたパイロット作動流量制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流量制御弁は、一般に、電磁ソレノイドで弁の前後差圧を調整して、その設定差圧に対応して流量が制御されるようになっており、小さな駆動力で作動させるためにはパイロット作動の流量制御弁が用いられる。
【０００３】
そのようなパイロット作動の流量制御弁は、一般に、主弁に連結された可動受圧部材によって主弁の下流側に位置する流路との間が仕切られた調圧室を設け、ソレノイドで付勢される定差圧制御弁で調圧室内の圧力を制御して流量制御を行っている。
【０００４】
このとき、主弁が完全に閉じた全閉状態では、主弁を開閉する方向に流体圧が作用しないので、補助的にスプリングを設けて全閉状態を保持するようにしている。その結果、主弁を開くためには、スプリングの付勢力よりも大きな作動差圧を流体管路で作る必要があるので、その分だけ流量制御弁のために流体圧が失われる（圧力損失）ことになり、流体の元圧がそれだけ高い条件下でないと作動しない。
【０００５】
これに対し、本願出願人は、熱交換器より上流側と下流側との流体管路のうち一方の管路と調圧室内との間を連通させる小断面積のリーク路と、他方の管路内の流体圧とリーク路を介して一方の管路に連通された調圧室内の流体圧との差圧を任意の一定圧に制御する定差圧制御弁とを設けるようにしたパイロット作動流量弁を提案している（特願平１１−１３６８５号明細書）。
【０００６】
このパイロット作動流量制御弁によれば、定差圧制御弁は、上流側管路の流体圧（元圧）と調圧室側の流体圧との差圧が、ソレノイドによりパイロット弁体に加えられる付勢力と釣り合い、電磁コイルに流される電流値に対応して差圧が一定に維持され、その差圧が流量調整弁の主弁を制御するようにした構成であるため、電磁コイルに流す電流値を変えることにより流量調整弁を通る流体の流量を制御することができる。
【０００７】
これにより、熱交換器によって必然的に生じる圧力損失を流体制御弁内の主弁の作動に利用することができるため、流量調整弁を作動させるための圧力損失が発生せず、流体に与えられている上流側の元圧が低いような環境においても確実に作動させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のパイロット作動流量弁は、上流側の流体の元圧があまり変化しないような環境において、電磁コイルに流す電流値に応じて流量調整弁を通る流体の流量を比例的に制御することができるが、元圧が大きく変化する場合には、その電流値と流量との比例関係がなくなるという問題点がある。
【０００９】
図１７は従来のパイロット作動流量弁の差圧の違いによる電流−流量特性を示す図である。この図において、横軸はソレノイドの電磁コイルに流す電流値を示し、縦軸にはパイロット作動流量弁の流量調節弁と熱交換器とを通って流れる流体の流量を示している。差圧は、流量調節弁および熱交換器が接続されたときのそれらの上流側流体の圧力と下流側流体の圧力との差を表している。この図によれば、たとえば差圧が６（Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）の場合、電流値が１２０（ｍＡ）であれば、流量は約１２（ｌ／分）である。ここで、元圧が下がって差圧が４（Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）になった場合、同じ電流値で流量は約６（ｌ／分）になり、さらに低下して、差圧が２（Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）になった場合には、同じ電流値で流体は流れなくなる。逆に、元圧が上がって差圧が８（Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）になった場合には、１２０（ｍＡ）の電流値で流量は約１７（ｌ／分）に、さらに上昇して、差圧が１０（Ｋｇ／ｃｍ2Ｇ）になると、同じ電流値で流量は約２４（ｌ／分）にもなってしまう。このように、元圧が変化してしまう環境では、元圧の変化によって、電流−流量の関係が大きく変化する。
【００１０】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、元圧の変化に影響されないパイロット作動流量制御弁を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、圧力損失発生手段が介挿配置された流体管路を流れる流体の流量を制御するパイロット作動流量制御弁において、前記圧力損失発生手段を通って流れる前記流体管路の流量を調整するための主弁と、前記主弁に連結された可動受圧部材によって前記流体管路より隔てられた調圧室と、前記可動受圧部材に設けられて前記流体管路と前記調圧室内とを連通させる小断面積のリーク路と、電磁力の大きさに応じて弁軸方向に変位された位置から前記圧力損失発生手段の上流側の流体圧力と下流側の流体圧力との差圧に応じて前記弁軸方向に動く弁体により流量が制御された前記流体管路の上流側の流体を前記調圧室に導くことで前記差圧が一定になるよう前記主弁を制御する作動弁と、を備えていることを特徴とするパイロット作動流量制御弁が提供される。
【００１２】
このようなパイロット作動流量制御弁によれば、電磁コイルに電流を流すことにより可動鉄芯が移動して弁体を所定の開度に保持し、その開度で弁体を介して調圧室に流入する流体の流量で主弁を通過する流体の流量を決定するとともに、弁体が所定の開度に保持されているときに発生する差圧に応じて変化する弁体から調圧室への流体流量に従って差圧が一定になるように主弁を制御する。
【００１３】
ここで、圧力損失発生手段を流れる流体の流量が増えて、圧力損失発生手段による圧力損失が大きくなると、可動鉄芯が受ける圧力が弁体が受ける圧力より相対的に低くなるので、弁体はその閉弁方向に移動し、弁体を通って調圧室に流れる流体の流量が減少する。これにより、調圧室の可動受圧部材は主弁を閉じて流量を絞る方向に調整する。また、圧力損失発生手段を流れる流体の流量が減少したときは逆の動作をする。このように、主弁を通過する流体は、圧力損失発生手段にて生じる流体圧力の差圧が一定になるように流量が制御される。このため、主弁を流れる流体の流量設定には、電磁コイルの電流と一定に制御される圧力損失発生手段での差圧としか関与しないので、電流−流量の関係が元圧の変化に影響されることはない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、給湯装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図１は第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の流量制御時の状態を示す縦断面図、図２は流量制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。パイロット作動流量制御弁は、流量調整弁１０と、ソレノイド差圧弁２０とから構成されている。給湯装置の主流の系統は、上流側の流体管路１ａへ導入された流体が、図示されていない熱源により加熱される熱交換器２およびパイロット作動流量制御弁の流量調整弁１０を介して下流側の流体管路１ｂへ流れるよう構成され、パイロット作動流量制御弁のソレノイド差圧弁２０は、熱交換器２の出入口の圧力を検出してその差が一定になるよう流量調整弁１０を制御するよう構成されている。
【００１６】
流量調整弁１０は、熱交換器２から流入する流体を制御する主弁１１を備え、この主弁１１は、弁座１２に向かって往復動することにより流体管路１ｂの流路を開閉するように配置されている。主弁１１の下流側は、流体管路１ｂに直接接続されるとともに、可動受圧部材であるピストン１４によって隔てられた調圧室１５を備えている。ピストン１４には、主弁１１の下流側空間と調圧室１５との間を連通させる小断面積のリーク部が設けられている。この主弁１１は、弁座１２およびピストン１４と中心軸をそれぞれ一致させて配置されており、その軸線上には主弁１１と一体に形成された連結部材１７が配置され、その連結部材１７の自由端はピストン１４に連結されている。主弁１１の上流側には、閉弁用圧縮コイルスプリング１８が配置され、これによって主弁１１を弁座１２に当接させる方向に常に付勢している。また、調圧室１５は、パイロット流路１９を介してソレノイド差圧弁２０に連結されている。
【００１７】
したがって、流量調整弁１０に入る上流側の流体圧と閉弁用圧縮コイルスプリング１８の付勢力とが主弁１１を閉じる方向に作用し、調圧室１５内の流体圧が主弁１１を開く方向に作用し、それらが釣り合う位置において主弁１１が静止し、その位置によって決められた弁開度にて流体流量が制御される。
【００１８】
ソレノイド差圧弁２０は、プランジャ形ソレノイドを構成する可動鉄芯２１、固定鉄芯２２および電磁コイル２３と、ポペット弁を構成する弁体２４、弁座２５、および弁体２４を弁座２５に当接させる方向に常に付勢している閉弁用圧縮コイルスプリング２６とを備えている。可動鉄芯２１、固定鉄芯２２、弁体２４および弁座２５は、中心軸をそれぞれ一致させて配置されている。
【００１９】
ここで、可動鉄芯２１は、その一方の端面に熱交換器２の出口側の流体圧力を受けるようになっており、他方の端面には弁体２４の心棒が当接されている。また、弁体２４は、熱交換器２の入口側の流体圧力を受けるようになっている。なお、熱交換器２の出口側の流体圧力を受ける可動鉄芯２１の有効受圧面積と弁体２４の有効受圧面積とはほぼ同じにしてある。そして、弁体２４の下流側は、流量調整弁１０の調圧室１５に連通するパイロット流路１９に連結されている。したがって、電磁コイル２３が励磁されることにより可動鉄芯２１が固定鉄芯２２に吸引されて、弁体２４の方向へ付勢されていると、ソレノイド力は可動鉄芯２１によって弁体２４を開く方向に作用し、弁体２４は閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力によって閉じる方向に作用し、それらの力が釣り合う位置において弁体２４が静止している。熱交換器２に流体が流れると、その流量に応じた圧力が熱交換器２の出入口に発生するが、その差圧は、それらソレノイド力および閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力に加わり、その差圧に相当する圧力が弁体２４をその弁軸方向に動かし、その弁体２４の開度に応じた流量がソレノイド差圧弁２０の出力に流出し、その流量がパイロット流路１９を介して調圧室１５の流体圧力を制御し、主弁１１の開度を制御する。
【００２０】
次に、このパイロット作動流量制御弁の動作について説明する。ここで、上流側の流体管路１ａにおける流体の圧力をＰ1、熱交換器２の出口の圧力をＰ2、パイロット流路１９における流体の圧力をＰ3、下流側の流体管路１ｂにおける流体の圧力をＰ4とし、ソレノイド差圧弁２０の電磁コイル２３が付勢されたときのソレノイド力をＦSOL（Ｋｇ）、閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力をＦSP（Ｋｇ）とし、可動鉄芯２１および弁体２４のそれぞれの有効受圧面積をそれぞれＡ（ｃｍ2）とし、熱交換器２を流れる流量をＧｗとする。
【００２１】
電磁コイル２３に流れるソレノイド電流がある値にあるとき、弁体２４を開く方向に作用する力はＰ2Ａ＋ＦSOLで表され、弁体２４を閉じる方向に作用する力はＰ1Ａ＋ＦSPで表される。これらは釣り合う位置において弁体２４が静止しているので、
【００２２】
【数１】
Ａ（Ｐ1−Ｐ2）＝ＦSOL−ＦSP  ・・（１）
となる。このときのソレノイド差圧弁２０の出力における流体の圧力Ｐ3、すなわち弁体２４が釣り合う位置での差圧（Ｐ1−Ｐ2）は、
【００２３】
【数２】
Ｐ4≦Ｐ3＜Ｐ1 ・・（２）
の範囲内にあって、その値は流量調整弁１０の開き具合で決まる。
【００２４】
ここで、圧力Ｐ3が増加すると、調圧室１５の圧力が上昇し、主弁１１は開く方向に動いて、流量Ｇｗは増加する。つまり、流量Ｇｗは差圧（Ｐ1−Ｐ2）の関数として表すことができ、
【００２５】
【数３】
Ｇｗ＝ｆA（Ｐ1−Ｐ2）  ・・（３）
となる。この関係を図３に示す。
【００２６】
図３は熱交換器に流れる流量と差圧との関係を示す図である。図３において、横軸は差圧（Ｐ1−Ｐ2）を示し、縦軸は流量Ｇｗを示しており、ソレノイド電流がある値のとき、流量Ｇｗは差圧（Ｐ1−Ｐ2）の関数として変化することになり、流量Ｇｗを制御する主弁１１は、熱交換器２によって生じる差圧だけで動作することになる。
【００２７】
また、式（３）に式（１）を代入することによって、
【００２８】
【数４】
Ｇｗ＝ｆA｛（ＦSOL−ＦSP）／Ａ｝  ・・（４）
と表すことができる。
【００２９】
一方、ソレノイド力ＦSOLは、電磁コイル２３を流れるソレノイド電流ｉによって変化するが、その例を図４に示す。
図４はソレノイド電流とソレノイド力との関係を示す図である。この図４において、横軸はソレノイド電流ｉを示し、縦軸はソレノイド力ＦSOLを示しており、電磁コイル２３を流れるソレノイド電流ｉの関数としてソレノイド力ＦSOLが変化することを示している。これから、ソレノイド力ＦSOLは、次式のように電磁コイル２３を流れるソレノイド電流ｉの関数として表すことができる。
【００３０】
【数５】
Ｇｗ＝ｆB（ｉ）  ・・（５）
次に、この式（５）を式（４）に代入することにより、
【００３１】
【数６】
Ｇｗ＝ｆA｛（ｆB（ｉ）−ＦSP）／Ａ｝  ・・（６）
となる。ここで、閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力ＦSP、可動鉄芯２１および弁体２４のそれぞれの有効受圧面積Ａは固定であることから、
【００３２】
【数７】
Ｇｗ＝ｆAB（ｉ）  ・・（７）
となり、流量Ｇｗはソレノイド電流ｉの関数として表すことができる。この関係を図５に示す。
【００３３】
図５はソレノイド電流と熱交換器を流れる流量との関係を示す図である。図５において、横軸はソレノイド電流ｉを示し、縦軸は流量Ｇｗを示す。ここで、熱交換器２を流れる流量Ｇｗは、ソレノイド電流ｉの変化方向に対して実際には多少のヒステリシスはあるものの、概ねソレノイド電流ｉにほぼ比例して変化することを示している。この関係は、ソレノイド差圧弁２０が熱交換器２の出入口の圧力差を一定になるように制御していることから、上流側流体の圧力Ｐ１の変化を受けることはない。
【００３４】
図６は第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の止水制御時の状態を示す縦断面図、図７は止水制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。ソレノイド差圧弁２０の電磁コイル２３へ流すソレノイド電流をゼロにすると、電磁コイル２３は消勢される。すると、電磁コイル２３の付勢時に釣り合っていた弁体２４を開く方向に作用する力（Ｐ2Ａ＋ＦSOL）および弁体２４を閉じる方向に作用する力（Ｐ1Ａ＋ＦSP）のうち、ソレノイド力ＦSOLがゼロになることで、Ｐ2Ａ＜（Ｐ1Ａ＋ＦSP）となり、弁体２４は、閉弁用圧縮コイルスプリング２６により弁座２５の方に付勢され、閉弁される。このとき、可動鉄芯２１は、弁体２４の心棒によって熱交換器２の出口側の流体圧力を導入する側へ移動される。
【００３５】
これにより、ソレノイド差圧弁２０の出力に連結されたパイロット流路１９の圧力変化がなくなり、調圧室１５は、リーク路１６を介して次第に下流側の流体管路１ｂの流体圧力と同じ圧力になろうとする。これに伴って、ピストン１４は、閉弁用圧縮コイルスプリング１８により調圧室１５の方向へ付勢され、ピストン１４に連結された主弁１１は弁座１２の方に付勢されて、閉弁されることになる。
【００３６】
次に、電磁コイル２３へ流す電流の向きを逆にしたパイロット作動流量制御弁について説明する。
図８は第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の流量制御時の状態を示す縦断面図、図９は流量制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。これらの図において、第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付してある。
【００３７】
このパイロット作動流量制御弁において、流量調整弁１０については、第１の実施の形態のパイロット作動流量制御弁のものと同じ構成を有している。ソレノイド差圧弁２０は、可動鉄芯２１、熱交換器２の出口における流体圧力を受ける側に配置された固定鉄芯２２、電磁コイル２３、弁体２４、弁座２５、閉弁用圧縮コイルスプリング２６、および固定鉄芯２２に内蔵されて可動鉄芯２１を弁体２４が開く方向に付勢される開弁用圧縮コイルスプリング２７を備えている。開弁用圧縮コイルスプリング２７は、閉弁用圧縮コイルスプリング２６よりも大きな付勢力を有し、電磁コイル２３が消勢されているとき、弁体２４を弁座２５から離れた位置に静止させる。
【００３８】
ここで、電磁コイル２３が消勢されているとき、可動鉄芯２１は、その一方の端面に熱交換器２の出口側の流体圧力と開弁用圧縮コイルスプリング２７の付勢力とを受けるようになっており、他方の端面には弁体２４の心棒を介して熱交換器２の入口側の流体圧力を受けるようになっている。このとき、ソレノイド差圧弁２０は、熱交換器２の出入口の差圧で動く弁体２４によって流量制御された流体を出力し、その流体がパイロット流路１９を介して調圧室１５へ供給され、その流体圧力に応じた開度に主弁１１を制御する。
【００３９】
次に、このパイロット作動流量制御弁の動作について説明する。ここで、ソレノイド差圧弁２０の電磁コイル２３が付勢されたときのソレノイド力をＦSOL（Ｋｇ）、開弁用圧縮コイルスプリング２７の付勢力をＦSP1（Ｋｇ）、閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力をＦSP2（Ｋｇ）とする。
【００４０】
電磁コイル２３に流れるソレノイド電流がある値にあるとき、弁体２４を開く方向に作用する力はＰ2Ａ＋ＦSP1で表され、弁体２４を閉じる方向に作用する力はＰ1Ａ＋ＦSP2＋ＦSOLで表される。これらは釣り合う位置において弁体２４が静止しているので、
【００４１】
【数８】
Ａ（Ｐ1−Ｐ2）＝ＦSP−ＦSOL ・・（８）
となる。ただし、ＦSPは、開弁用圧縮コイルスプリング２７の付勢力と閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力との差（ＦSP1−ＦSP2）である。
【００４２】
ここで、ソレノイド力ＦSOLは、電磁コイル２３を流れるソレノイド電流ｉによって変化するが、その例を図１０に示す。
図１０はソレノイド差圧弁のソレノイド電流と開弁方向の力との関係を示す図である。図１０において、横軸はソレノイド電流ｉを示し、縦軸はスプリングによって変位されたソレノイド力ＦSOLを示している。図示のように、ソレノイド電流ｉに対するソレノイド差圧弁２０の開弁方向の力は、電磁コイル２３にソレノイド電流ｉが流れていないときにおける開弁用圧縮コイルスプリング２７の付勢力と閉弁用圧縮コイルスプリング２６の付勢力との差ＦSPから始まって、次第に減少する変化曲線で示される。
【００４３】
ここで、第１の実施の形態の場合と同様にして、流量Ｇｗはソレノイド電流ｉの関数として表すことができる。この関係を図１１に示す。
図１１はソレノイド電流と熱交換器を流れる流量との関係を示す図である。図５において、横軸はソレノイド電流ｉを示し、縦軸は流量Ｇｗを示している。ソレノイド電流ｉがゼロのとき、主弁１１は全開状態にあるので、ソレノイド電流ｉに対する熱交換器２を流れる流量Ｇｗは、最大流量から始まり、ソレノイド電流ｉにほぼ反比例して変化する。この関係は、ソレノイド差圧弁２０が熱交換器２の出入口の圧力差が一定になるように熱交換器２の流量を制御していることから、上流側流体の圧力Ｐ１の変化を受けることはない。
【００４４】
図１２は第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の止水制御時の状態を示す縦断面図、図１３は止水制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。電磁コイル２３に流れるソレノイド電流ｉが最大になると、可動鉄芯２１は、固定鉄芯２２に吸引されて開弁用圧縮コイルスプリング２７の付勢力に抗して固定鉄芯２２に当接するまで移動し、これにより、弁体２４は閉弁用圧縮コイルスプリング２６によって弁座２５に押し付けられ、閉弁される。
【００４５】
この結果、ソレノイド差圧弁２０の出力に連結されたパイロット流路１９の圧力変化がなくなり、調圧室１５は、リーク路１６を介して次第に下流側の流体管路１ｂの流体圧力と同じ圧力になろうとする。これに伴って、ピストン１４はフリーになるため、ピストン１４に連結された主弁１１は、閉弁用圧縮コイルスプリング１８により調圧室１５の方向へ付勢され、閉弁されることになる。
【００４６】
次に、以上のようなパイロット作動流量制御弁を利用した給湯装置の別の構成例について説明する。
図１４は本発明のパイロット作動流量制御弁を利用した給湯装置の構成例を示す図である。図１４によれば、上流側の流体管路１ａは、熱交換器２および第１のパイロット作動流量制御弁３０の流量調整弁を介して下流側の流体管路１ｂに連結されている。また、上流側の流体管路１ａは、バイパス管路５０および第２のパイロット作動流量制御弁４０の流量調整弁を介して下流側の流体管路１ｂに連結されている。このバイパス管路５０には、熱交換器２と同じような圧力損失を生じさせる絞り流路５１が介挿配置され、その出入口の圧力をソレノイド差圧弁が受けるようにしている。
【００４７】
これにより、まず、上流側の流体管路１ａより供給された水は、熱交換器２にて熱交換され、第１のパイロット作動流量制御弁３０にて流量制御された湯が下流側の流体管路１ｂに出力する。同時に、バイパス管路５０へ分流した水は、第２のパイロット作動流量制御弁４０にて流量制御され、第１のパイロット作動流量制御弁３０からの湯と混合され、温度調整された湯として下流側の流体管路１ｂより出湯される。第１のパイロット作動流量制御弁３０がそのソレノイド差圧弁により熱交換器２の出入口の差圧が一定となるように主弁を制御することで流量を制御しているのと同様に、第２のパイロット作動流量制御弁４０においても、バイパス管路５０の絞り流路５１の出入口の差圧が一定となるように主弁を制御することで、結果的に、バイパス管路５０の流量を一定に制御している。
【００４８】
なお、図示の例では、第１および第２のパイロット作動流量制御弁３０，４０として、第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁を使用したが、第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁を使用してもよく、また、第１および第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁を組み合わせて使用してもよい。
【００４９】
次に、ソレノイド差圧弁の別の構成例について説明する。
図１５はソレノイド作動弁の別の構成例を示す縦断面図である。図１５において、第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付してある。
【００５０】
図示のソレノイド作動弁２０によれば、上流側の流体管路１ａが接続される部分に可動弁座６１が設けられ、閉弁用圧縮コイルスプリング２６によって図の上方へ付勢されている。この可動弁座６１には、固定鉄芯２２との間で、球体６２が閉弁するように配置されている。球体６２にはロッド６３の一端がスポット溶接されている。ロッド６３の他端は、固定鉄芯２２の底面に凹設されたくぼみ６４に遊嵌されている。固定鉄芯２２は、可動鉄芯２１の可動方向に好ましくは三つの連通孔が設けられており、それら三つの連通孔には両端が可動弁座６１と可動鉄芯２１とにそれぞれ当接したロッド６５が挿通されている。そして、可動鉄芯２１の有効受圧面積と可動弁座６１の有効受圧面積とは、ほぼ同一になるように形成されている。
【００５１】
ここで、電磁コイル２３が付勢されていないときには、可動弁座６１は閉弁用圧縮コイルスプリング２６によって押し上げられ、ロッド６３がくぼみ６４の内壁に当接することにより、可動弁座６１と球体６２とが密着される。これにより、パイロット流路１９へ通じる空間は上流側の流体管路１ａと遮断され、流量調整弁１０は、主弁１１が閉弁用圧縮コイルスプリング１８によって調圧室１５側へ移動し、閉弁される。
【００５２】
電磁コイル２３が付勢されると、可動鉄芯２１が図の下方へ付勢され、ロッド６５を介して可動弁座６１を押し下げ、くぼみ６４の内壁とロッド６３とが所定間隔だけ隔てられる。これにより、球体６２は開弁方向に所定の間隔だけ上下方向に移動できるようになり、上流側の流体管路１ａから可動弁座６１、パイロット流路１９、調圧室１５およびリーク路１６を介してほぼ一定流量で流れる流体の圧力により球体６２が可動弁座６１から浮いた状態で静止する。この状態で、熱交換器２を流れる流量が増加すると、熱交換器２の出入口の差圧が高くなって、可動弁座６１は上方へ移動される。このとき、可動弁座６１は球体６２に接近することになるので、この可動弁座６１を介して調圧室１５へ流れる流量が絞られ、この結果、調圧室１５の圧力が下がり、ピストン１４およびこのピストン１４に固定された主弁１１は、閉弁用圧縮コイルスプリング１８の助けを借りて閉弁方向へ移動することになるので、主流量が絞られ、熱交換器２の出入口の差圧は小さくなるように制御される。逆に、熱交換器２を流れる流量が減少したときは、逆の動作をし、主流量を増加させて、熱交換器２の出入口の差圧が一定になるように制御される。
【００５３】
図１６はソレノイド作動弁のさらに別の構成例を示す縦断面図である。図１６において、第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の構成要素と同じまたは同等の要素については同じ符号を付してある。
【００５４】
図示のソレノイド作動弁２０によれば、弁体２４は、その心棒６６の有効受圧面積とほぼ同じ有効受圧面積を有するように形成されている。可動鉄芯２１はこれを収容するシリンダの内径よりも小さい外径を有し、可動鉄芯２１とシリンダとの間に隙間があって、熱交換器２の出口側の流体圧力がロスすることなく心棒６６に受圧されるようになっている。
【００５５】
ここで、電磁コイル２３が付勢されていないときには、弁体２４は閉弁用圧縮コイルスプリング２６によって閉弁方向に付勢され、弁座２５に当接することにより、パイロット流路１９へ通じる空間は上流側の流体管路１ａと遮断される。これにより調圧室１５の圧力が徐々に下がり、閉弁用圧縮コイルスプリング１８の付勢力も加わって、主弁１１は調圧室１５側へ移動していき、流量調整弁１０は閉弁される。
【００５６】
電磁コイル２３が付勢されると、可動鉄芯２１は固定鉄芯２２に吸引されて、図の下方へ付勢されることにより、心棒６６を介して弁体２４はその開弁方向に移動される。これにより、弁体２４は弁座２５から所定の間隔だけ離間され、上流側の流体管路１ａからの流体が調圧室１５へ一定流量で流れるようになり、この流量に応じた開度が主弁１１に設定される。この状態で、熱交換器２を流れる流量が増加すると、熱交換器２の出入口の差圧が高くなって、弁体２４は弁座２５の方向へ移動され、この弁体２４と弁座２５との隙間を介して調圧室１５へ流れる流量が絞られる。この結果、調圧室１５の圧力が下がり、ピストン１４および主弁１１は閉弁方向へ移動し、主弁１１は設定開度に絞られ、熱交換器２の出入口の差圧は小さくなるように制御される。逆に、熱交換器２を流れる流量が減少したときは、逆の動作をし、主弁１１の開度を増加させて、熱交換器２の出入口の差圧が一定になるように制御される。
【００５７】
なお、上述の実施の形態では、流量調整弁１０を熱交換器２の下流側に配置した構成例を示したが、これを上流側に配置し、ソレノイド差圧弁２０で熱交換器２の出入口にて発生する差圧が一定になるように流量調整弁１０を制御する構成にすることは、当業者ならば容易に想到することができるであろう。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、流量設定をソレノイド差圧弁のソレノイド電流で行うパイロット作動流量制御弁において、熱交換器の出入口の差圧が一定になるように主流量を制御する構成にした。これにより、上流側流体の圧力変化に拘らず、ソレノイド電流に対する流量の関係を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の流量制御時の状態を示す縦断面図である。
【図２】流量制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。
【図３】熱交換器に流れる流量と差圧との関係を示す図である。
【図４】ソレノイド電流とソレノイド力との関係を示す図である。
【図５】ソレノイド電流と熱交換器を流れる流量との関係を示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の止水制御時の状態を示す縦断面図である。
【図７】止水制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。
【図８】第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の流量制御時の状態を示す縦断面図である。
【図９】流量制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。
【図１０】ソレノイド差圧弁のソレノイド電流と開弁方向の力との関係を示す図である。
【図１１】ソレノイド電流と熱交換器を流れる流量との関係を示す図である。
【図１２】第２の実施の形態に係るパイロット作動流量制御弁の止水制御時の状態を示す縦断面図である。
【図１３】止水制御時のソレノイド作動弁の拡大縦断面図である。
【図１４】本発明のパイロット作動流量制御弁を利用した給湯装置の構成例を示す図である。
【図１５】ソレノイド作動弁の別の構成例を示す縦断面図である。
【図１６】ソレノイド作動弁のさらに別の構成例を示す縦断面図である。
【図１７】従来のパイロット作動流量弁の差圧の違いによる電流−流量特性を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ  流体管路
２  熱交換器
１０  流量調整弁
１１  主弁
１２  弁座
１４  ピストン
１５  調圧室
１６  リーク路
１７  連結部材
１８  閉弁用圧縮コイルスプリング
１９  パイロット流路
２０  ソレノイド差圧弁
２１  可動鉄芯
２２  固定鉄芯
２３  電磁コイル
２４  弁体
２５  弁座
２６  閉弁用圧縮コイルスプリング
２７  開弁用圧縮コイルスプリング
３０，４０  パイロット作動流量制御弁
５０  バイパス管路
５１  絞り流路
６１  可動弁座
６２  球体
６３  ロッド
６４  くぼみ
６５  ロッド
６６  心棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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