JP2012102839A - 流量制御装置および燃焼装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 流量制御装置の構成を簡素化し、弁開度の調整の基準となる原点位置を正確に検出し、正確に弁開度を調整すること。
【解決手段】 S極とN極とが弁軸17の移動方向となるように弁軸17に固定された磁石22と、弁本体21の全閉位置の近傍に配置されるホールIC23とを備え、全閉位置から目標開度に調整する際に、弁軸17を全閉位置から全開位置方向へ移動させて磁石22がホールIC23のセンサ部を通過する際の磁束密度の変化に基づき原点を定め、弁軸17を全閉位置から全開位置方向へ移動させて磁石22がセンサ部を通過する毎に全閉位置から原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直すとことを特徴とする流量制御装置。
【選択図】図2
【解決手段】 S極とN極とが弁軸17の移動方向となるように弁軸17に固定された磁石22と、弁本体21の全閉位置の近傍に配置されるホールIC23とを備え、全閉位置から目標開度に調整する際に、弁軸17を全閉位置から全開位置方向へ移動させて磁石22がホールIC23のセンサ部を通過する際の磁束密度の変化に基づき原点を定め、弁軸17を全閉位置から全開位置方向へ移動させて磁石22がセンサ部を通過する毎に全閉位置から原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直すとことを特徴とする流量制御装置。
【選択図】図2
Description
この発明は、ステッピングモータで開度を調整する流量制御装置およびこの流量制御装置を用いた燃焼装置に関する。
弁本体内に設けた弁軸をステッピングモータにより全閉位置と全開位置と間で移動させる流量制御バルブと、ステッピングモータを制御する制御器とを備える流量制御装置は、特許文献1にて知られている。
この特許文献1の流量制御装置は、ステッピングモータの回転軸に同軸に固定するとともにN極およびS極を円周上に等分割に着磁した磁気ドラムと、磁気ドラムの円周上のNS極に相対するキヤン外側の円周上に設けた、磁気ドラムの磁界の変化を検出し磁気ドラムの回転角度を検出する回転角検出用磁気センサと、回転軸の端部に設けた磁石と、該磁石に相対するキヤン外側に設けた、該磁石の磁界の変化を検出し回転軸の上下位置を検出する上下位置検出用磁気センサと、回転角検出用磁気センサおよび上下位置検出用磁気センサの検出値から弁開度を演算する弁開度演算手段とを備えることにより、弁開度を検出、調整するものである。
しかしながら、特許文献1の流量制御装置は、回転角検出用磁気センサおよび上下位置検出用磁気センサを必要とするともに、弁開度を演算するための回路が必要となり、流量制御装置の構成が複雑となるとともに、流量制御装置が大型化するという課題がある。
この発明が解決しようとする課題は、ステッピングモータで開度を調整する流量制御装置の構成を簡素化し、弁開度の調整の基準となる原点位置を正確に検出するとともに、弁を開く毎に原点位置を補正することにより、正確に弁開度を調整することである。
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、弁本体内に設けた弁軸をステッピングモータにより全閉位置と全開位置との間で移動させる流量制御バルブと、前記ステッピングモータを制御する制御器とを備える流量制御装置であって、S極とN極とが前記弁軸の移動方向となるように前記弁軸に固定された磁石と、前記弁本体の前記全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、前記磁石の所定磁力によりONするホールICとを備え、前記制御器は、前記流量制御バルブを前記全閉位置から目標開度に調整する際に、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記磁石の磁束密度の変化に基づき原点を定め、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記センサ部を通過する毎に前記全閉位置から前記原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直すとともに、前記目標開度に対応する目標ステップ数から前記設定ステップ数を差し引いたステップ数だけ前記ステッピングモータを前記原点から駆動することを特徴としている。
請求項1に記載の発明によれば、前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記ホールICを透過する磁束密度の変化に基き原点を定めるので、構成を簡素化できるとともに、原点位置を正確に検出することができる。また、前記流量制御バルブを前記全閉位置から前記目標開度に調整する毎に前記原点のステップ数が補正されるので、前記全閉位置に前記ステッピングモータを停止させる際に脱調を生じても流量制御弁の開度を正確に調整できる。また、特許文献1のような磁気ドラムを必要としないとともに、一つの磁石と一つのホールICとにより原点位置を検出するので、装置構成を簡素化でき、装置の小型化を実現できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ホールICは、前記磁石の前記全開位置側の極の所定磁力によりONするように配置され、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記センサ部を通過する際に前記ホールICがONからOFFへ変化する位置を前記原点とすることを特徴としている。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明による効果に加えて、前記原点を磁束密度がゼロになる位置とするものと比較して、磁束密度がゼロになる位置を検出するための特別な回路を必要としないので、原点位置を定めるための構成を簡素化できる。
請求項3に記載の発明は、回転数が調整可能な送風機と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置と、前記送風機によって調整された燃焼用空気と前記流量制御装置によって調整された燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナと、前記送風機および前記流量制御装置を制御して設定空気比で前記予混合バーナを燃焼させる制御器とを備える燃焼装置であって、前記流量制御装置が請求項1または請求項2に記載の流量制御装置であり、燃焼を停止させる毎に前記流量制御バルブを全閉位置とすることを特徴としている。
請求項2に記載の発明によれば、燃焼停止から燃焼再開毎に前記原点位置を補正でき、空気比を正確に制御することができる。また、構成を簡素化するとともに小型化を実現した流量制御装置を用いて、ターンダウン比を大きくして空気比を正確に制御することができるという効果を奏する。
この発明によれば、ステッピングモータで開度を調整する流量制御装置の構成を簡素化し、弁開度の調整の基準となる原点位置を正確に検出するとともに、弁を開く毎に原点位置を補正することにより、正確に弁開度を調整することができるという効果を奏する。
つぎに、この発明の実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、燃焼装置のガス流量を制御する流量制御弁に好適に実施される。
この実施の形態の流量制御弁は、弁本体内に設けた弁軸をステッピングモータの回転により全閉位置と全開位置と間で移動させる流量制御バルブと、前記ステッピングモータを制御する制御器とを備えている。
この実施の形態の第一の特徴部分は、S極とN極とが前記弁軸の移動方向となるように前記弁軸に固定された磁石と、前記弁本体の前記全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、前記磁石の所定磁力によりONするホールICとを備え、前記制御器は、前記流量制御バルブを前記全閉位置から前記目標開度に調整する際に、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記磁石の磁束密度の変化に基づき原点を定めるところにある。
この第一の特徴部分による原点の定め方は、好ましくは、前記ホールICは、前記磁石の前記全開位置側の極の所定磁力によりONするように配置され、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記センサ部を通過する際に前記ホールICがONからOFFへ変化する位置を前記原点とするように構成(第一の原点設定方式)する。この原点位置の定め方は、WO2006/137247号公報(参考文献1)に記載の技術を応用したものである。
この第一の原点設定方式において、前記S極および前記N極のどちらが前記全開位置側であってもよいが、前記ホールICは、前記磁石の前記全開位置側の極の所定磁力によりONするように配置されている。このホールICがN極,S極によりONする場合、それぞれN極検知のホールIC,S極検知のホールICという。N極検知とするか、S極検知とするかは、N極検知のホールIC,S極のホールICを用いることで実現できる。
前記磁石の磁束密度は、前記S極とN極との境界付近で急激に変化する特性を有している。前記磁石が前記全閉位置側から前記前回位置側へ移動する際に、前記ホールICは、前記センサ部が前記磁石の磁束の急激に変化する位置(急激変化位置)に近づくまでONしており、前記急激変化位置を越えて通過するとOFFに変化する。この第一の特徴部分によれば、前記磁石のS極とN極とを逆にするか、前記ホールICの検知極を逆にしたものと比較して、前記原点位置を正確に設定することができる。
前記磁石の磁束密度は、前記S極とN極との境界付近で急激に変化する特性を有している。前記磁石が前記全閉位置側から前記前回位置側へ移動する際に、前記ホールICは、前記センサ部が前記磁石の磁束の急激に変化する位置(急激変化位置)に近づくまでONしており、前記急激変化位置を越えて通過するとOFFに変化する。この第一の特徴部分によれば、前記磁石のS極とN極とを逆にするか、前記ホールICの検知極を逆にしたものと比較して、前記原点位置を正確に設定することができる。
前記第一の特徴部分による原点の定め方は、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記磁石の磁束密度がゼロとなる位置を原点に定めるように構成する(第二の原点設定方式)ことができる。この定め方は、特許第3912779号公報(参考文献2)に記載の技術を応用している。この第二の原点設定方式は、前記第一の原点設定方式と比較して、磁束密度がゼロとなる位置を検出するための回路が必要となるので、回路構成が複雑となるデメリットがある。
そして、この実施の形態の第二の特徴部分は、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する毎に前記全閉位置から前記原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直すとともに、前記目標開度に対応する目標ステップ数から前記設定ステップ数を差し引いたステップ数だけ前記ステッピングモータを前記原点から駆動するところにある。ここで、ステップ数とは、前記ステッ
ピングモータに印加される電流パルスの数を意味し、前記弁軸の移動量(移動距離)に対応するので、移動量(移動距離)と称することができる。
ピングモータに印加される電流パルスの数を意味し、前記弁軸の移動量(移動距離)に対応するので、移動量(移動距離)と称することができる。
この第二の特徴部分において、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する毎に、前記全閉位置から前記原点までのステップ数を予め定めた設定ステップ数に設定する原点補正の構成が重要である。そして、前記目標ステップ数から前記原点補正により再設定された設定ステップ数を差し引いたステップ数だけ前記ステッピングモータを前記原点から駆動するので、仮に、前記弁軸を前記全閉位置まで移動させた際にステッピングモータが脱調しても、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させ、前記磁石が前記ホールICを通過する毎に限定位置を補正できる。その結果、前記目標開度に正確に制御することができる。
ここで、この実施の形態の構成要素を説明する。前記流量制御バルブは、弁本体内に設けた弁軸をステッピングモータにより全閉位置と全開位置と間で移動させる構成のものであれば、特定の流量制御バルブに限定されない。前記弁軸をステッピングモータにより全閉位置と全開位置と間で移動させる方式は、特許文献1のように前記弁軸を回転させて行うものと、特開2008−82429号公報(参考文献3)のように前記弁軸を回転させないで行うものとがあり、この実施の形態では、いずれの方式であってもよい。
前記磁石は、特定の磁石に限定されないが、好ましくは、温度変化に対する磁束密度変化の少ない特性のもの,たとえばネオジウム系の磁石を用いることが望ましい。また、前記磁石は、好ましくは、前記弁軸の先端に固定する。こうすることで、前記磁石の前記弁軸への取り付けスペースを容易に確保するとともに、前記ホールICの前記弁本体への取り付けスペースを容易に確保することができる。
前記ホールICは、前記弁本体の前記全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、前記磁石の磁力を検出する前記センサ部と、前記磁石の所定磁力によりON信号を出力する回路部とを含んで一体的に構成される。「前記移動方向の側方に配置され」とは、前記磁石が移動する際に、前記センサ部が前記磁石のS極とN極との境界部を若干の間隔を存して通過するように配置されることを意味する。
また、前記制御器は、前記流量制御バルブを前記全閉位置から前記目標開度に調整する予め記憶した開度制御手順により、前記ステッピングモータを制御する。この開度制御手順には、原点補正手順と、目標開度調整手順とを含んで構成される。前記目標開度調整手順には、ある目標開度に調整した後、別の目標開度に調整する手順を含んでいる。
前記原点補正手順は、前記流量制御バルブを前記全閉位置から前記目標開度に調整する際に、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記磁石の磁束密度の変化に基づき原点を定め、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する毎に、前記全閉位置から前記原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直す手順である。
前記目標開度調整手順は、前記目標開度に対応する目標ステップ数を演算し、前記目標ステップ数から前記設定ステップ数を差し引いたステップ数だけ前記ステッピングモータを前記原点から駆動する手順を含んでいる。
この実施の形態の流量制御装置は、好ましくは、回転数が調整可能な送風機と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置と、前記送風機によって流量が調整された燃焼用空気と前記流量制御装置によって流量が調整された燃料ガスとを予混合して燃焼させる予
混合バーナと、前記送風機および前記流量制御装置を制御して設定空気比で前記予混合バーナを燃焼させる制御器とを備える燃焼装置に適用される。この燃焼装置における流量制御装置が、前述したこの実施の形態の流量制御装置である。
混合バーナと、前記送風機および前記流量制御装置を制御して設定空気比で前記予混合バーナを燃焼させる制御器とを備える燃焼装置に適用される。この燃焼装置における流量制御装置が、前述したこの実施の形態の流量制御装置である。
この燃焼装置においては、燃焼量が燃焼停止と、低燃焼や高燃焼などの所定燃焼量とに制御され、燃焼停止時には、前記流量制御バルブは前記全閉位置に制御され、燃焼停止から所定燃焼量に燃焼量が変化すると、その度に、前記原点補正手順が実行される。その結果、前記流量制御バルブを目標開度に正確に制御することができ、正確に設定空気での予混合燃焼を実現できる。
この発明の実施例1の流量制御装置1を実施した燃焼装置2を図面に従い説明する。図1は、この発明の実施例1の流量制御装置1を実施した燃焼装置2の概略構成図であり、図2は、同実施例1の流量制御装置1の一部断面の説明図であり、図3は、燃焼装置2の制御回路のブロック図である。また、図4は、同燃焼装置2の要部制御手順を説明するフローチャート図であり、図5は、同燃焼装置2の他の要部制御手順を説明するフローチャート図であり、図6は、同実施例1の流量制御装置の原点補正の制御手順を説明するフローチャート図であり、図7,図8,図9,図10は、流量制御装置1における磁石の移動とホールICの作動との関係を説明する図であり、図11は、同実施例1の流量制御装置による作用効果を説明する図表である。
(実施例1の構成)
まず、流量制御装置1を備えた燃焼装置2を図1に基づき説明する。燃焼装置2は、インバータ(図示省略)により回転数が調整することで燃焼用空気流量を可能な送風機3と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置1と、燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナ4と、送風機3および流量制御装置1を制御して設定空気比で予混合バーナ4を燃焼させる第一制御器5とを主要部として備えている。
まず、流量制御装置1を備えた燃焼装置2を図1に基づき説明する。燃焼装置2は、インバータ(図示省略)により回転数が調整することで燃焼用空気流量を可能な送風機3と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置1と、燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナ4と、送風機3および流量制御装置1を制御して設定空気比で予混合バーナ4を燃焼させる第一制御器5とを主要部として備えている。
流量制御装置1は、第一制御器5と接続される第二制御器6とこの第二制御器6により開度が制御される流量制御バルブ7とを含んで構成されている。流量制御バルブ7は、その上流側に位置し、燃焼停止時に閉じ、燃焼開始時に開くガス遮断弁8とともに燃料供給管9に設けている。燃料供給管8は、一端がガス噴出管10に接続されている。
予混合バーナ4へは、送風機3によって流量が調整された燃焼用空気と、流量制御装置1によって流量が調整されたガス燃料との予混合ガスとが、ダクト11を介して供給されるように構成されている。予混合バーナ4で燃焼したガスは、缶体12の水管(図示省略)を加熱した後、排ガス通路13を経て大気中に排出される。
図2を参照して、流量制御バルブ7は、弁座14に対する弁体15の位置を調整する,すなわち弁開度を全閉位置から全開位置まで調整する弁部16と、弁軸17をステッピングモータ18により上下方向に移動させる弁駆動部19と、弁開度位置を検出する開度検出部20とを含んで構成されている。この実施例1では、弁軸17は、参考文献3と同様に、上下動はするが、回転しないように構成されている。
弁駆動部19の一部を構成するステッピングモータ18は、弁軸17に固定した回転子(図示省略)と、弁本体21に固定した固定子(図示省略)とを含んで構成され、固定子にパルス電圧を加えると、パルス数に応じた角度だけ回転子が回転し、弁軸17が上下動するように構成されている。この弁駆動部19は、参考文献3と同様の構成を採用している。
開度検出部20は、S極とN極とが弁軸17の移動方向となるように弁軸17に固定された磁石22と、弁本体21の全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、磁石22の所定磁力によりONするホールIC23とを含んで構成されている。この実施例1では、ホールIC23は、図7、8の実太線矢示Aで示す方向の磁束の密度が所定値となるとONするように構成されているそして、磁石22は、ネオジウム系磁石であり、S極が全開位置側となるように、弁軸17の先端に固定されている。なお、磁石22は、ネオジウム系磁石以外の磁石とすることができる。
ホールIC23は、センサ部24と、ONまたはOFFの信号を出力する回路部(図示省略)とが一体的に形成されたS極検知のICで、株式会社旭化成製の型式EW450Bを用いている。このホールIC23は、基板25に固定され、基板25を弁本体21に螺子止めすることで固定されている。符号26は、第二制御器6につながる信号線である。
符号27は、弁軸17の先端部で磁石22装着位置よりも下方において、弁軸17が全閉位置よりもずっと全閉位置方向へ移動して磁石22が弁本体21内壁面に衝突することを防止すべく設けたストッパ27である。このストッパ27は、弁本体21の内壁に形成した段部28に当接して弁軸17の移動を規制するように構成されている。
図3を参照して、第一制御器5は、缶体12にて生成される蒸気圧力に基づき負荷を検出する負荷検出手段14,缶体12内の水位を検出する水位検出手段(図示省略),前記ダクト11に設けた差圧検出センサからなる風量検出手段29などからの信号を入力して、予め記憶した制御手順に基づき、送風機3用のモータ(送風機モータ)30,流量制御バルブ7,ガス遮断弁8などを制御する。
第一制御器5による制御手順には、負荷検出手段14による負荷に応じた燃焼量(燃焼停止,低燃焼,高燃焼など)を設定し、風量検出手段29から実風量(実際の風量)を演算し、設定燃焼量および設定空気比から流量制御バルブ7の開度(目標開度)を演算する開度演算手順と、燃焼量に応じた送風量を設定して送風機3を制御する手順やガス遮断弁8を制御する手順などが含まれている。開度演算手順を図4に示す。
第二制御器6は、第一制御器5により演算された目標開度信号を受信して予め記憶した制御手順に基づき、流量制御バルブ7を目標開度に制御する。この制御手順は、開度制御手順で、目標開度調整手順と、原点補正手順とを含んでいる。
開度制御手順は、目標開度から現在位置(現在ステップ数)を差し引いたステップ数でモータ15を駆動する開度調整手順であるが、全閉位置から目標開度に制御する際に、目標開度に対応する目標ステップ数を演算し、目標ステップ数から設定ステップ数を差し引いたステップ数だけステッピングモータ18を原点から駆動する手順を含んでいる。目標開度には全閉位置から全開位置が含まれる。現在位置は、現在開度と称することができる。この目標開度調整手順を図5に示す。
原点補正手順は、目標開度制御手順と並行して実行されるが、つぎの手順を含んでいる。図10を参照して、まず、流量制御バルブ7を全閉位置P0から目標開度Pmに調整する際に、弁軸17を全閉位置P0から全開位置P1方向へ移動させて磁石22がホールIC20のセンサ部24を通過する際の磁石22の磁束密度の変化に基づき原点位置Pgを定める。
そして、弁軸17を全閉位置P0から全開位置P1方向へ移動させて磁石22がホールIC23のセンサ部24を通過する毎に全閉位置P0から原点位置Pgまでのステップ数を設定ステップ数Nr1に設定し直す。この原点補正手順を図6に示す。なお、この実施
例1では、全閉位置P0から全開位置PIまでのステップ数Nr2は、960ステップで、弁軸17の移動距離に換算すると30mmとなっている。設定ステップ数Nr1は、20ステップとしている。この場合、1ステップ当りの移動距離は、30/960mmとなる。なお、このパルス数および移動距離は、一例であり、これに限定されるものではない。
例1では、全閉位置P0から全開位置PIまでのステップ数Nr2は、960ステップで、弁軸17の移動距離に換算すると30mmとなっている。設定ステップ数Nr1は、20ステップとしている。この場合、1ステップ当りの移動距離は、30/960mmとなる。なお、このパルス数および移動距離は、一例であり、これに限定されるものではない。
(実施例1の動作)
つぎに、実施例1の動作を図面に基づき説明する。今、燃焼装置1が燃焼停止状態から負荷要求により低燃焼状態へ移行するものとする。図4を参照して、第一制御器5は、処理ステップS1(以下、処理ステップSNは、単にSNと称する。)で、低燃焼を設定し、S2へ移行して、送風機モータ30の回転数を調整するインバータ(図示省略)の周波数を低燃焼用周波数に設定して、送風機モータ30を回転させる。
つぎに、実施例1の動作を図面に基づき説明する。今、燃焼装置1が燃焼停止状態から負荷要求により低燃焼状態へ移行するものとする。図4を参照して、第一制御器5は、処理ステップS1(以下、処理ステップSNは、単にSNと称する。)で、低燃焼を設定し、S2へ移行して、送風機モータ30の回転数を調整するインバータ(図示省略)の周波数を低燃焼用周波数に設定して、送風機モータ30を回転させる。
ついで、S3にて、実風量を演算する。そして、S4にて、演算した実風量と設定空気比とから、設定空気比にするための燃料量,すなわち流量制御バルブ7の目標開度(目標ステップ数)Pmを演算し、第二制御器6へ目標開度Pm信号を送信する。
図5を参照して、第二制御器6は、S10で、目標開度Pmから現在位置Pn(今の場合、現在位置Pn=全閉位置P0=0ステップ)を差し引いたステップ数の駆動出力をステッピングモータ18に与えて、弁軸17の下方への移動を開始する。
このS10の処理の途中で、図6の原点補正手順が実行され、S20でステッピングモータ18が動作中かどうかが判定される。今の場合、YESで、S21へ移行して、全開位置P1側へ回転中かどうかが判定される。今の場合、YESが判定され、S22へ移行して、ホールIC23の出力(原点信号)が、ONからOFFへと変化するかどうかが判定される。目標開度(目標ステップ数)Pmおよび現在位置Pnは、全閉位置P0からのステップ数を表している。
全閉位置P0では、磁石22は、ホールIC23のセンサ部24に対して模式的には図7の位置にあり、磁石22の磁束が細線矢示Bのようにセンサ部24を透過するので、所定の磁束密度によりホールIC23はON信号を出力している。図7の位置からさらに磁石22が全開位置側(一点鎖線矢示X方向)へ移動し、図8に示す磁石22のN極とS極との境界線L1が、センサ部24の中心位置(センサが存在する位置)L2よりも少許手前の位置に到達すると、磁束密度の急激な変化により、磁束密度がホールICをONする所定値も磁束密度以下となりホールIC23は、OFF信号を出力する。このとき、第二制御器6は、ホールIC23の出力がONからOFFへ変化したときの弁軸17の位置(現在位置)を原点位置Pgとして認識し、図6のS22においてYESが判定される。磁石22が図8の状態からさらに一点鎖線矢示X方向へ移動すると、図9に示すように、センサ部24に対する磁束の向きが逆方向となり、ホールIC23は、OFF信号を出力し続ける。
ついで、S23にて、0≦現在位置≦2×Nr1かどうかを判定する。「2×Nr1」は、原点補正の可否を判定するための判定値(補正可否判定値)であり、何らかの原因(弁部でのゴミかみなど)ステッピングモータ18に脱調が生じたとしても、現在位置は、通常設定ステップ数Nr1から2×Nr1を超えて大きく外れることは無いように設定されている。よって、通常は、S23にてYESが判定され、S24へ移行して、現在位置Pn(今の場合原点位置Pg)をNr1に設定する。このS24の原点位置Pgの設定である現在位置Pnの設定は、最初の燃焼停止後の目標開度Pmへの弁軸17の移動だけではなく、燃焼停止後の目標開度Pmへの弁軸17の移動毎に行われるので、原点補正と称している。S23で、NOが判定されると、S14の原点補正を行わない。これは、現在
位置Pnが余りにも大きい場合は、何らかの異常(信号線26の断線,基板25の外れなど)が生じていると判断して、原点補正を行わないようするためである。なお、前記の補正可否判定値の「2×Nr1」は、一例でありこれに限定されるものではない。
位置Pnが余りにも大きい場合は、何らかの異常(信号線26の断線,基板25の外れなど)が生じていると判断して、原点補正を行わないようするためである。なお、前記の補正可否判定値の「2×Nr1」は、一例でありこれに限定されるものではない。
図5に戻って、S11で、S24の補正が行われたかどうかを判定する。今の場合、全閉位置P0から目標開度PmへのS24の原点補正を伴う開度制御であり、原点補正が行われたので、S11で、YESが判定され、S12へ移行して、目標開度Pmとすべく、Pm−Nr1のステップ数で、ステッピングモータ18が駆動される。この駆動が終わると、S13で、現在位置Pnが更新される。低燃焼から高燃焼や高燃焼から低燃焼への燃焼量の変更に伴う弁開度の制御時は、S11にてNOが判定され、原点補正が行われない。
以上のステッピングモータ18の制御において、駆動開始時は、緩やかに加速し、駆動停止時は、緩やかに減速して停止するように構成している。これは、ステッピングモータ18を急に加速、減速すると、脱調を生ずるからである。ステッピングモータ18の全閉位置P0での停止は、原点位置Pgを越えてから減速して停止するように構成している。なお、原点位置Pgを検出して減速を開始しない理由は、減速に要するステップ数は、この実施例1では、約10ステップ程度であり、20ステップも必要としないためである。
ここで、この実施例1の作用効果を説明する。この実施例1は、一つの磁石22と一つのホールIC23により原点Pgを定めるように構成しているので、特許文献1の流量制御装置と比較して、開度検出部20の構成を簡素化できる。また、S極とN極とが弁軸17の移動方向となるように弁軸17に固定された磁石22と、弁本体21の全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、磁石22の所定磁力によりONするホールIC23とによって、原点を定めるようにしているので、磁石22の方向やホールIC23の検知極を考慮しないものと比較して、周囲温度の変化に対して原点位置の精度を向上(温度特性の向上)させることができる。
この温度特性の向上は、実験により、確認されていて、その実験結果を図11に示す。図11の対比例は、磁石22のS極とN極とを図7に示す実施例1と逆にするとともに、磁石22をフェライト系磁石としたものである。また、図11の図表における実施例1と対比例の各測定温度における実験値は、それぞれの条件下で、100回繰り返して、ホールIC23がOFFからONへ変化するステップ数を計測して平均値を取り、25℃を基準とした各温度における誤差である。この実験結果から、実施例1は、周囲温度を−20℃〜70℃まで変化させた場合の誤差が1ステップとなっているのに対して、対比例では、最大で38ステップの誤差を生じている。これは、実施例1の温度特性が優れていることを示している。なお、温度特性の向上には、磁石22の極の向きの第一要因と磁石22の材料の第二要因とが寄与しているが、第一要因の方が大きく寄与していると考えられる。
実施例1の燃焼装置2では、燃焼量調整後に初期位置がずれると、燃料ガス量が変わり、空気比が変化してしまう。このため、空気比を燃焼調整の誤差範囲内にするためには、たとえばプラス、マイナス2ステップの精度が要求されるが、この実施例1によれば、この要求精度を満たすことができる。
また、この実施例1によれば、全閉位置P0から目標開度Pmに制御する際に、弁軸17を全閉位置P0から全開位置P1方向へ移動させて磁石22がホールIC23のセンサ部24を通過する毎に全閉位置P0から原点Pgまでのステップ数を設定ステップ数Nr1に設定し直す原点補正を行うとともに、目標開度Pmのステップ数Nrmから設定ステップ数Nr1を差し引いたステップ数だけステッピングモータ18を原点Pgから駆動す
るように構成している。この構成により、燃焼停止時や燃焼量の変更に伴う弁開度調整の際に、ステッピングモータ18が脱調を生じても、原点補正を行った原点を基準にステッピングモータ18を駆動して、正確に目標開度Pmに制御することができる。しかも、原点補正が、燃焼停止から所定燃焼量への移行の度に行われるので、原点補正を頻繁に行い、正確な空気比制御を実現することができる。
るように構成している。この構成により、燃焼停止時や燃焼量の変更に伴う弁開度調整の際に、ステッピングモータ18が脱調を生じても、原点補正を行った原点を基準にステッピングモータ18を駆動して、正確に目標開度Pmに制御することができる。しかも、原点補正が、燃焼停止から所定燃焼量への移行の度に行われるので、原点補正を頻繁に行い、正確な空気比制御を実現することができる。
例えば、原点位置が2ステップのずれが生ずると、低燃焼(20%負荷)で±0.2%,中燃焼(45%負荷)で±0.08%,高燃焼(100%負荷)で±0.02%,程度空気比が変化する。これは、空気比の調整範囲を±0.5%とすると、無視できない空気比の変化である。これに対して、実施例1によれば、原点位置のずれにより空気比の変化は、空気比の調整範囲に影響を与えることがないという効果を奏する。この効果は、低燃焼において顕著である。
ところで、燃焼停止時,すなわち弁軸17を全閉位置P1に調整する際に、完全な弁の全閉を実現できない場合があるが、燃焼停止時には、第一制御器5によりガス遮断弁7を閉じるので、ガス漏れを防止することができる。
さらに、この実施例1によれば、原点位置Pgと全閉位置P1とを別の位置とすることで、原点位置Pgと全閉位置P1との間をステッピングモータ18の減速区間として利用して、脱調の少ない全閉位置P1での停止を実現するとともに、磁石22が全開側へ移動する際に原点位置Pgを通過する毎に原点補正を行うことができる。
本願発明は、実施例1に限定されるものではない。実施例1では、前記制御手順のうち流量制御バルブ7の制御に関する制御手順は、第二制御器6による制御手順に含まれるが、第二制御器6を設けることなく、第一制御器5による前記制御手順の全てを実行するように構成することができる。
1 流量制御装置
2 燃焼装置
3 送風機
4 予混合バーナ
5 第一制御器(制御器)
6 第二制御器(制御器)
7 流量制御バルブ
17 弁軸
18 ステッピングモータ
21 弁本体
22 磁石
23 ホールIC
24 センサ部
2 燃焼装置
3 送風機
4 予混合バーナ
5 第一制御器(制御器)
6 第二制御器(制御器)
7 流量制御バルブ
17 弁軸
18 ステッピングモータ
21 弁本体
22 磁石
23 ホールIC
24 センサ部
(実施例1の構成)
まず、流量制御装置1を備えた燃焼装置2を図1に基づき説明する。燃焼装置2は、インバータ(図示省略)により回転数を調整することで燃焼用空気流量を可能な送風機3と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置1と、燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナ4と、送風機3および流量制御装置1を制御して設定空気比で予混合バーナ4を燃焼させる第一制御器5とを主要部として備えている。
まず、流量制御装置1を備えた燃焼装置2を図1に基づき説明する。燃焼装置2は、インバータ(図示省略)により回転数を調整することで燃焼用空気流量を可能な送風機3と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置1と、燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナ4と、送風機3および流量制御装置1を制御して設定空気比で予混合バーナ4を燃焼させる第一制御器5とを主要部として備えている。
例えば、原点位置が2ステップずれると、低燃焼(20%負荷)でア0.2%
,中燃焼(45%負荷)でア0.08%,高燃焼(100%負荷)でア0.02%,程度空気比が変化する。これは、空気比の調整範囲をア0.5%とすると、無視できない空気比の変化である。これに対して、実施例1によれば、原点位置のずれにより空気比の変化は、空気比の調整範囲に影響を与えることがないという効果を奏する。この効果は、低燃焼において顕著である。
,中燃焼(45%負荷)でア0.08%,高燃焼(100%負荷)でア0.02%,程度空気比が変化する。これは、空気比の調整範囲をア0.5%とすると、無視できない空気比の変化である。これに対して、実施例1によれば、原点位置のずれにより空気比の変化は、空気比の調整範囲に影響を与えることがないという効果を奏する。この効果は、低燃焼において顕著である。
Claims (3)
- 弁本体内に設けた弁軸をステッピングモータにより全閉位置と全開位置との間で移動させる流量制御バルブと、前記ステッピングモータを制御する制御器とを備える流量制御装置であって、
S極とN極とが前記弁軸の移動方向となるように前記弁軸に固定された磁石と、
前記弁本体の前記全閉位置の近傍であって、前記移動方向の側方に配置され、前記磁石の所定磁力によりONするホールICとを備え、
前記制御器は、前記流量制御バルブを前記全閉位置から目標開度に調整する際に、前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記ホールICのセンサ部を通過する際の前記磁石の磁束密度の変化に基づき原点を定め、
前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記センサ部を通過する毎に前記全閉位置から前記原点までのステップ数を設定ステップ数に設定し直すとともに、
前記目標開度に対応する目標ステップ数から前記設定ステップ数を差し引いたステップ数だけ前記ステッピングモータを前記原点から駆動する
ことを特徴とする流量制御装置。 - 前記ホールICは、前記磁石の前記全開位置側の極の所定磁力によりONするように配置され、
前記弁軸を前記全閉位置から前記全開位置方向へ移動させて前記磁石が前記センサ部を通過する際に前記ホールICがONからOFFへ変化する位置を前記原点とする
ことを特徴とする請求項1に記載の流量制御装置。 - 回転数が調整可能な送風機と、燃焼ガス流量を任意に調整可能な流量制御装置と、前記送風機によって調整された燃焼用空気と前記流量制御装置によって調整された燃料ガスとを予混合して燃焼させる予混合バーナと、前記送風機および前記流量制御装置を制御して設定空気比で前記予混合バーナを燃焼させる制御器とを備える燃焼装置であって、
前記流量制御装置が請求項1または請求項2に記載の流量制御装置であり、燃焼を停止させる毎に前記流量制御バルブを全閉位置とする
ことを特徴とする燃焼装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010253488A JP2012102839A (ja) | 2010-11-12 | 2010-11-12 | 流量制御装置および燃焼装置 |
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JP2010253488A Pending JP2012102839A (ja) | 2010-11-12 | 2010-11-12 | 流量制御装置および燃焼装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20210118163A (ko) * | 2019-01-31 | 2021-09-29 | 가부시키가이샤 후지킨 | 밸브장치, 이 밸브장치를 사용한 유량 제어방법, 유체 제어장치, 반도체 제조방법, 및 반도체 제조장치 |
-
2010
- 2010-11-12 JP JP2010253488A patent/JP2012102839A/ja active Pending
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US11598430B2 (en) | 2019-01-31 | 2023-03-07 | Fujikin Incorporated | Valve device, flow rate control method, fluid control device, semiconductor manufacturing method, and semiconductor manufacturing apparatus using the valve device |
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