特許 5676523 電動式流量調節弁の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5676523

(24)【登録日】2015年1月9日

(45)【発行日】2015年2月25日

(54)【発明の名称】電動式流量調節弁の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/04 20060101AFI20150205BHJP

   F16K 47/02 20060101ALI20150205BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20150205BHJP

【ＦＩ】

   F16K31/04 H

   F16K47/02 D

   F16K37/00 M

【請求項の数】3

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2012-117962(P2012-117962)

(22)【出願日】2012年5月23日

(65)【公開番号】特開2013-245707(P2013-245707A)

(43)【公開日】2013年12月9日

【審査請求日】2013年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120802

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 雅昭

(72)【発明者】

【氏名】宮田 充

【審査官】 関 義彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１６１０５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６４−０４４５１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１９６８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１２９５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１３０６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９９８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２９２０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１１６６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０８９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３１／００−３１／０５，

Ｆ１６Ｋ ３７／００，

Ｆ１６Ｋ ３９／００−５１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

弁筐内の弁座に接離自在な弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ側及び弁座から離隔する開き側に移動させるモータとを備える電動式流量調節弁の制御装置であって、
弁体のチャタリングを検出する検出手段を備え、
弁体の移動中であって、流体の流量変更中に検出手段でチャタリングが検出されたときは、モータの回転速度を、チャタリングが検出されない状態で弁体を移動させるときのモータの回転速度である定常回転速度よりも速くすることを特徴とする電動式流量調節弁の制御装置。

【請求項2】

前記モータはステッピングモータで構成され、チャタリングが検出される度にモータの定常回転速度を段階的に一段ずつ速くすることを特徴とする請求項１記載の電動式流量調節弁の制御装置。

【請求項3】

前記検出手段は、前記弁筐内に流れる流体の流量を検出する流量計で構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の電動式流量調節弁の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給湯用熱源機等で使用する電動式流量調節弁の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電動式流量調節弁は、弁筐内の弁座に接離自在な弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ側及び弁座から離隔する開き側に移動させるモータとを備えている。また、弁筐内に流れる流体の流量を検出する流量計を付設した電動式流量調節弁も知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

ところで、流量調節弁では、開度が小さいときに、弁体付近の流体の流れが圧力脈動を起こしやすい高速流の状態となって、弁体の振動、即ち、チャタリングが発生し易くなり、チャタリングによる異常音でユーザーに不快感を与えてしまう。尚、弁体の形状、材質を工夫し、チャタリングを発生し難くすることは可能であるが、経年的に弁体が劣化していくと、チャタリングが発生してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２９９８３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、以上の点に鑑み、チャタリングの発生でユーザーに与える不快感を軽減できるようにした電動式流量調節弁の制御装置を提供することをその課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明は、弁筐内の弁座に接離自在な弁体と、弁体を弁座に接近する閉じ側及び弁座から離隔する開き側に移動させるモータとを備える電動式流量調節弁の制御装置であって、弁体のチャタリングを検出する検出手段を備え、弁体の移動中であって、流体の流量変更中に検出手段でチャタリングが検出されたときは、モータの回転速度を、チャタリングが検出されない状態で弁体を移動させるときのモータの回転速度である定常回転速度よりも速くすることを特徴とする。

【0007】

本発明によれば、チャタリング発生時にモータの回転速度を速くすることにより、弁体がチャタリングを生じなくなる位置まで早く変位する。従って、チャタリングによる異常音の持続時間を短縮して、ユーザーに与える不快感を軽減できる。

【0008】

また、本発明においては、モータがステッピングモータで構成され、チャタリングが検出される度にモータの定常回転速度を段階的に一段ずつ速くすることが望ましい。これによれば、チャタリングが何回も繰り返されるほど弁体が劣化したときは、弁体がモータの出力トルク不足（ステッピングモータは回転速度を速くする程出力トルクが減少する）で指示通りには変位しなくなり、流量調節弁の寿命が尽きたと適切に判断できる。

【0009】

ところで、流量調節弁には、一般的に、弁筐内に流れる流体の流量を検出する流量計が付設されている。そして、弁体のチャタリングが発生すると、流量計の検出流量が脈動変化するため、流量計でチャタリングを検出できる。従って、チャタリングの検出手段を流量計で構成すれば、振動センサ等のチャタリング専用のセンサを設ける必要がなく、有利である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明制御装置の制御対象となる電動式流量調節弁の一例を示す断面図。

【図2】チャタリングが発生したときの流量調節弁のモータの回転角度と流量計の検出流量との関係を示すグラフ。

【図3】本発明制御装置が行うチャタリング軽減制御の内容を示すフロー図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１を参照して、１は、給湯用熱源機の熱交換器に連なる給水路等に介設する電動式流量調節弁を示している。この流量調節弁１は、流入口２１と流出口２２と内部の弁座２３とを有する弁筐２と、弁座２３に接離自在な弁体３と、弁体３を弁座２３に接近する閉じ側と弁座２３から離隔する開き側とに移動するモータ４と、流入口２１に装着した、弁筐２内に流れる流体の流量を検出する流量計５とを備えている。

【0012】

弁体３は、モータ４の回転により送りねじ機構６を介して軸方向に進退する弁軸３１に外挿されている。送りねじ機構６は、モータ４により回転駆動される雌ねじ部材６１と、雌ねじ部材６１に螺挿した雄ねじ部材６２とで構成され、雄ねじ部材６２に弁軸３１の尾端部を固定している。また、弁体３をばね３２で閉じ側に付勢すると共に、弁軸３１の先端に、ばね３２の付勢力で弁体３が弁軸３１から抜け出ることを阻止する止め輪３３を装着している。そして、モータ４の正転と逆転により、弁体３が弁軸３１と一緒に閉じ側と開き側とに移動するようにしている。

【0013】

尚、弁筐２内には、弁体３を弁座２３と同心状態で摺動自在に支持するガイドスリーブ２４が設けられている。また、ガイドスリーブ２４の尾端部には、雄ねじ部材６２を回り止めした状態で軸方向に摺動自在に支持するガイド部２４ａが形成されている。

【0014】

流量計５は、流体の流れで回転する、磁気を帯びた複数の羽根部を有する羽根車５１と、流入口２１の外面に装着したホール素子等の磁気センサ５２とで構成されており、羽根車５１の各羽根部が磁気センサ５２に対向する位置を通過する度に磁気センサ５２からパルスが出力される。磁気センサ５２は、制御手段たるコントローラ７に接続されており、単位時間当たりの出力パルス数をカウントして、弁筐２内に流れる流体の流量を検出する。

【0015】

ところで、流量調節弁１の低開度領域で発生し易い弁体３のチャタリングは、弁体３の形状、材質を工夫することで抑制することが可能であるが、経年的に弁体３が摩耗等で劣化していくと、チャタリングが発生してしまう。図２は、チャタリングが発生したときの流量調節弁１のモータ４の回転角度と流量計５の検出流量との関係を示している。チャタリングが発生すると、モータ４の回転で弁軸３１が変位しても、弁軸３１に対し弁体３が振動変位して、モータ４の回転角度が所定範囲に入っている間検出流量が脈動変化する。

【0016】

ここで、チャタリングが発生すると、チャタリングによる異常音でユーザーに不快感を与えてしまう。そこで、本実施形態では、ユーザーに与える不快感を軽減するため、コントローラ７によりチャタリング軽減制御を行っている。以下、この制御について図３を参照して説明する。尚、本実施形態では、モータ４をステッピングモータで構成している。

【0017】

チャタリング軽減制御では、先ず、ＳＴＥＰ１で流量を変更する指令が出されたか否かを判別し、流量変更指令が出されたとき、ＳＴＥＰ２に進んで、弁体３のチャタリングが検出されたか否かを判別する。具体的には、流量計５の検出流量を監視して、この検出流量が脈動変化したときにチャタリングが検出されたと判別する。

【0018】

チャタリングが検出されないときは、ＳＴＥＰ３に進んでモータ４を所定の定常回転速度Ｎｔで回転させる。そして、ＳＴＥＰ４で流量計５の検出流量が目標流量になったと判別されたとき、ＳＴＥＰ５に進んでモータ４を停止する。

【0019】

一方、チャタリングが検出されたときは、ＳＴＥＰ６に進み、モータ４を定常回転速度Ｎｔよりも速いチャタリング対応速度Ｎｃで回転させる。更に、ＳＴＥＰ７に進んで、次の流量変更指令が出されたときのモータ４の定常回転速度Ｎｔを現在の定常回転速度Ｎｔよりも所定速度ΔＮだけ速い速度に設定した後、ＳＴＥＰ４に進む。

【0020】

以上の制御によれば、チャタリング発生時にモータ４の回転速度が速くなって、弁体３がチャタリングを生じなくなる位置まで早く変位する。従って、チャタリングによる異常音の持続時間を短縮して、ユーザーに与える不快感を軽減できる。

【0021】

また、本実施形態のモータ４を構成するステッピングモータは、回転速度を速くする程出力トルクが減少する。そして、上記の制御によれば、チャタリングが検出される度にモータ４の定常回転速度Ｎｔが段階的にΔＮずつ速くなるため、チャタリングが何回も繰り返されるほど弁体３が劣化したときは、弁体３がモータ４の出力トルク不足で指示通りには変位しなくなる。この場合は、流量調節弁１の寿命が尽きたと判断して、エラー表示を行う。

【0022】

尚、チャタリング対応速度Ｎｃと定常回転速度Ｎｔとの差Ｎｃ−ＮｔはΔＮ未満であってもよい。但し、ΔＮは、チャタリングが然程の回数繰り返されないうちに流量調節弁１の寿命が尽きたと判断されることがないように、あまり大きな値に設定すべきではない。一方、チャタリングによる異常音の持続時間を短縮するにはチャタリング対応速度Ｎｃをできるだけ速くする必要があり、Ｎｃ−Ｎｔ≧ΔＮとすることが望ましい。

【0023】

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、チャタリングの検出手段を流量計５で構成しているが、振動センサでチャタリング検出手段を構成することも可能である。また、モータ４をＤＣモータ等のステッピングモータ以外のもので構成することも可能である。

【符号の説明】

【0024】

１…電動式流量調節弁、２…弁筐、２３…弁座、３…弁体、４…モータ、５…流量計、７…コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】