JP2004044725A

JP2004044725A - 遮断機構付圧力調整器

Info

Publication number: JP2004044725A
Application number: JP2002204376A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oonishi; 大西　▲てつ▼也; Masanori Nurita; 塗田　政仙; Masaharu Yamasumi; 山角　正治; Katsuaki Nakaike; 中池　克明
Original assignee: KAGLA INBEST CORP
Current assignee: KAGLA INBEST CORP
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-12
Also published as: JP4276412B2

Abstract

【課題】機器に何らかの異常が生じた場合には即座に弁を着座させて流路を遮断することができる圧力調整器を開示する。
【解決手段】スプリングで常時押圧され、かつ２次圧によって圧力調整を行うダイヤフラムと、このダイヤフラムに連動して昇降する弁棒装置と、この弁棒装置の先端側に設けられた弁体と、この弁体を常時押し上げ方向に付勢する底スプリングとからなる圧力調整器である。弁棒装置は、先端側に弁体を備え、かつ反対側に周溝を備えた弁棒と、この弁棒を出入り自在に収納し、ダイヤフラムに固定したソケットと、このソケットの外側に軸方向に対して摺動可能に設けられ、内周は段差によって大径部と小径部を有する筒状のストッパカラーと、ソケットの下方周囲に設けられ、ストッパカラーの小径部に対応して周溝に嵌入可能で、大径部に対応して嵌入が解除されるボールとからなる。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体、特に液化石油ガス（以下、ＬＰＧという）などを燃焼器に供給する場合のガスライン中に設けられ、供給圧力を調整するための構成であり、機器に異常が発生した場合でも迅速に供給を停止することができる技術に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
従来からＬＰＧなどの気体を一定圧で送出するための機構としては気送ライン中に圧力調整器を設けることが公知である。そして、この圧力調整器の一般的な構成としては図１０に示すようなものがある。ここで、９１は１次側流路、９２は２次側流路、９３は１次側と２次側の流路９１・９２間に設けられた弁構造であり、弁座９４に対して弁９５が着座可能に構成されている。弁９５は弁棒９６を介してダイヤフラム９７に接続されており、このダイヤフラム９７を押し下げるスプリング９８と、１次圧が導入されるダイヤフラム室９９のガス圧のダイヤフラム９７への付勢力との差によって弁９５が弁座９４に対して距離を保つことにより、圧力調整を行っている。また、１００は底部スプリングであり、弁９５を弁座９４の方向に絶えず付勢している。
【０００３】
上記従来の構成では、ダイヤフラム室９９に１次圧が導入されてダイヤフラム９７がスプリング９８とダイヤフラム室９９のガス圧との拮抗によって作動すればこれに接続された弁棒９６が下向きに動作し、底部スプリング１００に抗して弁９５が弁座９４から離脱するので、弁９５と弁座９４のクリアランスに応じた流量のガスが２次側流路に流出する。そして、正常運転を維持している場合にはダイヤフラム室９９の圧力と二次側のガス圧の圧力調整はバランスが保たれているので、問題が生じることはない。しかしながら、例えば２次側流路より下流において配管が破損したり、燃焼器に故障が生じた場合には、２次側圧が極端に低くなるので圧力調整器の定格容量を越えてガスが流出することがあり、いったんこの状態になれば従来技術では弁９５は弁座９４から離脱したまま、すなわち弁が全開状態になってしまい、危険である。これを防止するため、別途構成において遮断弁を取り付けることが要請されていた。
【０００４】
また、従来技術では、ダイヤフラム９７が破損すれば、ダイヤフラム室９９は大気と等圧になってしまうので、スプリング９８の押し下げ力だけが弁棒９６に働くことになり、この力は底部スプリング１００の反発力よりも十分に大きいので弁９５は弁座９４から離脱して即座に全開位置まで押し下げられてしてしまう。そうすれば２次側流路と１次側流路が完全に連通してしまい、ガスの供給圧がやはり高くなるので異常圧が２次側流路下流に付加されることになり、危険であると同時に配管や燃焼器などを破損してしまうという問題があり、改善が望まれていた。また、ダイヤフラム９７が破断している場合にはダイヤフラム室９９に導入されるガスはスプリング室を経由して大気中に放出されることになるので、圧力調整器の近辺がガス雰囲気に曝されることになり、爆発事故の原因となりかねないという問題がある。
【０００５】
本発明は上述した従来の課題を解消するもので、機器に何らかの異常が生じた場合には即座に弁を着座させて流路を遮断することができる圧力調整器を開示することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、スプリングで常時押圧され、かつ２次圧によって前記スプリングに対する逆圧が印加されることにより圧力調整を行うダイヤフラムと、このダイヤフラムに直結してダイヤフラムの昇降に連動して昇降する弁棒装置と、この弁棒装置の先端側に設けられた弁体と、この弁体を常時押し上げ方向に付勢する底スプリングとからなる圧力調整器を基本的な構成とした。そして、前記弁棒装置は先端側に前記弁体を備え、かつ反対側に周溝を備えた弁棒と、この弁棒を出入り自在に収納し、前記ダイヤフラムに固定したソケットと、このソケットの外側に軸方向に対して摺動可能に設けられ、内周は段差によって大径部と小径部を有する筒状のストッパカラーと、前記ソケットの下方周囲に設けられ、前記ストッパカラーの小径部に対応して前記周溝に嵌入可能で、大径部に対応して嵌入が解除されるボールという手段を採用した。ここで、ストッパカラーの下端は正常時にはダイヤフラムあるいはソケットから突出しており、ダイヤフラムの下降によってダイヤフラム室の底に当接可能とし、遮断弁として機能させることとした。
【０００７】
上記手段において、弁棒装置全体として見た場合にはこれはダイヤフラムに直結しているが、より具体的構成としては弁棒はダイヤフラムには直結しておらず、ソケットに摺動自在に収納されている。そして、ソケットの下端に設けられたボールをストッパカラーの内周に段差によって形成された小径部と大径部によって相対的に縮径し、あるいはこの縮径を解除させることにより、弁棒に設けられた周溝にボールを嵌入させ、あるいは解除させる。このボールの縮径あるいは解除によって弁棒はダイヤフラムと一体に動作し、またはソケット内に退避する。ソケット内に退避する作用としては底スプリングの押圧力がボールの縮径に打ち勝ってボールを拡開させ、これによってボールの周溝に対する保持が開放される結果、弁棒が退避するのである。この一連の動作により、弁体は弁座に即座に着座して流路が遮断される。
【０００８】
また、弁体に対する１次側とダイヤフラムを押圧するスプリングに逆圧を印加するためのダイヤフラム室にさらに連通管を設け、リセット装置によって前記連通管を連通可能とする手段を採用した。この手段ではリセット装置を作動させることによって１次圧がダイヤフラム室に導入し、ダイヤフラムを押し上げる一方、弁棒は弁体が弁座に着座していることから上昇を規制され、これによって遮断状態から正常の状態に機構を復帰させる機能を行う。さらに、連通管の途中にレギュレタを設ける手段を採用することによって、ダイヤフラム室の過剰な昇圧を回避する。同様に、連通管の途中にニードル弁を設ける手段を採用することによって、ダイヤフラム室を徐々に昇圧することができ、復帰時間を制御する作用を行うことになる。また、連通管にボール弁を収納し、このボール弁の上昇によってダイヤフラムを押し上げるためのロッドを備える手段を選択的に採用することによって、ロッドの上死点よりダイヤフラムを押し上げることはないので、適切な復帰機能を付与することになる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付した図面に従って詳述する。図１は本発明の圧力調整器１の一例を示した断面図であって、２は１次側ガス入口、３は２次側ガス出口、４は１次室、５は２次室、６は弁座、７は弁体である。弁体７は弁棒構造８と機構的に接続しており、弁棒構造８はダイヤフラム９の動作に応じて昇降する。１０はダイヤフラムスプリング、１１はダイヤフラム室、１２はダイヤフラムスプリング１０の押圧力を調整するための圧力調整ネジであり、これをねじ込むほど２次側ガス出口圧力の設定が高くなる。これらの構造は基本的には公知のダイヤフラム構造と変わるところはない。１３は底スプリングであり、ダイヤフラムスプリング１０よりも十分弱い弾発力を有し、弁体７を絶えず弁座６の方向に押圧している。
【００１０】
弁棒構造８の具体的構造については次に説明するが、上記構成において本発明装置の作動を概略的に説明すると、先ず装置にガスが流入していない状態で圧力調整ネジ１２による設定を行わない場合には、ダイヤフラム９は定位置にあり、底スプリング１３によって弁体７は弁座６に着座している。続いて圧力調整ネジ１２によってダイヤフラムスプリング１０に対して押圧力を付与すれば弁体７が弁座６から離脱して開弁するが、２次側圧力は通気管４０を介してダイヤフラム室１１にも導入されるため、ダイヤフラム室１１の圧力とダイヤフラムスプリング１０の押圧力との作用力の差によって弁の開度が決定される。なお、この説明では弁棒構造８を一体の弁棒として説明しているが、このように正常運転を行っている場合には従来の圧力調整器の動作と同じである。
【００１１】
次に、弁棒構造８の詳細を説明すると、この構造は複数の部材によって構成されており、弁棒は製造上から下側弁棒２１と上側弁棒２２に分割されており、上側弁棒２２はソケット２３の軸心に出入り自在に収納されている。そして、ソケット２３は構造的にカラーソケット２４と一体にされ、このカラーソケット２４がダイヤフラム９に接合されているため、ダイヤフラム９の昇降動作に応じて弁体７が設けられた下側弁棒２１が昇降することになる。なお、ソケット２３の内部には弱い弾発力の弁棒スプリング２５が収容されており、弁棒２１、２２を絶えず外側（図面において下側）に押し出す方向に付勢している。ソケット２３とカラーソケット２４の間には筒状のストッパカラー２６が挿通されているが、このストッパカラー２６の下面は常態ではカラーソケット２４よりも下側に突出しており、内周にはテーパ面２７で連続する段差によって大径部２８と小径部２９が設けられている。そして、ソケット２３の下方部にはその径方向に拡縮可能に出入りする複数の鋼ボール３０が備えられており、上記ストッパカラー２６の大径部２８と小径部２９の径の相違だけ鋼ボール３０が出入りするようになっている。３１は上側弁棒２２の外周に設けられた周溝であり、鋼ボール３０が嵌入可能である。なお、３２はストッパカラー２６を突出方向に付勢するカラースプリングである。
【００１２】
上述した弁棒構造８の動作を説明すると、先に説明したように本発明の圧力調整器が正常に動作しているときには、弁棒構造８は一体のものとして動作するので、ダイヤフラム９の昇降動作に応じて弁棒構造８が昇降し、弁体７と弁座６の開度が調整される。言い換えると、ストッパカラー２６の下面とダイヤフラム室１１の底とのクリアランスＡの距離分の動作では通常作動の範囲として圧力が調整される。図２には２次側圧力が設定圧力に調圧されて弁が閉止している状態を示しており、図解を容易にするためにダイヤフラム９などを図１よりも簡素に表現している。しかしながら、何らかの理由によってダイヤフラム９が正常範囲を越えてさらに下降した場合には、ストッパカラー２６の下面がダイヤフラム室１１の底に当接することになる。図３にこの状態、即ち弁体７が全開した開放流量時を示している。そして、この状態に至ったときには即座に次の状態になる。即ち、通常では鋼ボール３０はストッパカラー２６内部の小径部２９に対応しているので縮径していることから、上側弁棒２２の周溝３１に嵌入して弁棒を一体に保持しているのに対して、ストッパカラー２６が相対的に上昇することになるので鋼ボール３０は前記上昇に伴って大径部２８へ移動する。そうすると、鋼ボール３０は小径部２９と大径部２８の差だけ径方向に対して外側に自由になる。一方、弁棒２１、２２は絶えず底スプリング１３によって着座方向に押圧されているので、底スプリング１３の力を弁棒スプリング２５の力よりも十分に強くしておくことによって、底スプリング１３の力が打ち勝って、鋼ボール３０が周溝３１に嵌入していた状態から鋼ボール３０を外方向に押し出しながら弁棒２１、２２を押し上げ、瞬時に弁体７を弁座６に着座させる。図４に遮断状態を示す。これによって１次側と２次側は遮断されることになり、ガスが２次側に流出することを回避できる。
【００１３】
また、使用中にダイヤフラム９が破断した場合を想定すれば、１次圧はダイヤフラム室１１からそのまま外部へ放出されることになるが、この場合であってもダイヤフラム９はダイヤフラムスプリング１０によって強く下降させられるので、ストッパカラー２６の下面がダイヤフラム室１１の底に衝突し、同様に鋼ボール３０と上側弁棒２２の周溝３１の係合が解除されて弁体７が底スプリング１３によって即座に弁座６に対して図４のように着座させられることになる。このように、本発明の構成であれば、２次側の配管の破断など、あるいはダイヤフラムの故障のいかんにかかわらず、即座に圧力調整弁自体が遮断弁として機能することになる。
【００１４】
続いて、弁が遮断した場合にこれを復帰させるための構成について説明する。図５は図１の構造にさらにリセット構造を付加したものである。なお、図１と同一の構造は同一番号で示しており、さらに図５は図１の構造を９０度回転させて見た状態を示している。図中、４１は１次室４とダイヤフラム室１１とを連通している連通管、４２はリセットノブ、４３はリセットノブの押し込みによって１次室４のガス圧を連通管４１に導入させるためのリセット弁である。図４のように弁が遮断した場合に、リセットノブ４２を押し込めば、１次側にガス圧が印加されている場合にはリセット弁４３が開弁し、連通管４１を介して１次圧がダイヤフラム室１１に導入される。そうするとダイヤフラム９はその圧力に応じて押し上げられることになるが、弁体７が着座し、かつ弁棒２１と２２は一体構造ではないため、弁棒２２およびダイヤフラム９はさらに上昇し、受圧板２００がカバー２０１に当接するところまで上昇する。なお、弁棒２１と２２はこの状態にあっても互いに結合関係にある。一方、ストッパカラー２６はカラースプリング３２によって突出方向に付勢されているので、ダイヤフラム９の上昇に伴って相対的に突出する。そうすれば周溝３１から離脱していた鋼ボール３０が周溝３１の方向に移動し小径部２９で縮径された状態で再び嵌入した状態に復帰する。このようにして装置は図１あるいは図２に示した状態に復帰することになる。このとき、鋼ボール３０が周溝３１に嵌入する音によって、復帰動作が完了したことを確認することができる。なお、この復帰についてはダイヤフラム９が動作することが要件であるので、ダイヤフラム９が破断している場合を想定しているものでないことはいうまでもない。
【００１５】
図６はリセット構造の別の実施形態を示したもので、図１および図５と同一番号を付した部分の説明は省略する。ここで本実施形態に特徴的な構成としては、５１は連通管４１に収容されたスプリングで、このスプリング５１は常時ボール弁５２をダイヤフラム室１１側に押圧しており、さらにボール弁５２は押し上げロッド５３に接触し、押し上げロッド５３の上端はダイヤフラム９を押し上げるように当接している。なお、スプリング５１自体の力はダイヤフラム９からの下方荷重よりも小さいので、スプリング５１だけでダイヤフラム９を押し上げることはできない。５４はボール弁５１の弁座である。このように構成すると、リセットノブ４２を押し込むことによって１次圧がボール弁５２に印加され、押し上げロッド５３を介してダイヤフラム９を押し上げるが、ボール弁５１が着座した時点で１次圧は停止し、押し上げロッド５３もそれ以上上昇することはない。したがって、押し上げロッド５３の長さを適宜設定することによって、ダイヤフラム９の押し上げを調整することができ、過剰な押し上げが適切に規制される。
【００１６】
図７はさらにリセット構造の別の実施形態を示したもので、同様に図１および図５と同一番号の部材に関する説明は省略する。この実施形態における特徴的な構成は、連通管４１の途中にレギュレタ６１を設け、最大昇圧を規制したことである。このようにすると、レギュレタ６１によって最大昇圧を適宜決定することができるので、機器に応じた設定が可能である。なお、ボール弁５２は弁構造であればどのような形態のものであってもよく、他の弁構造に置換することは可能である。
【００１７】
なお、図５の構成ではダイヤフラム室１１に対する２次圧上昇速度を制御することはできないので、図８のように連通管４１の途中にニードル弁７１および必要に応じて圧力計７２を設けることもある。このようにすれば、ニードル弁７１を絞り込むことによってダイヤフラム室１１の圧力上昇の速度を遅くすることができ、リセット時の制御がより容易になる。
【００１８】
図９は図１あるいは図２の本発明の圧力調整器を緊急遮断弁として利用した一例を示したものである。ここで、８１は三方電磁弁であり、センターはダイヤフラムスプリング室８２に接続し、他の二方は一方が開放、他方がダイヤフラム室１１に接続されている。そして、三方電磁弁８１に対する信号は、例えばガス漏れ警報機８３、あるいは地震を検知する感震器８４から与えられる。信号についてはこれらは例示であり、例えば別に火災検知装置などからの信号を採用することも可能である。そして、通常は三方電磁弁８１はダイヤフラムスプリング室８２が開放方向に通じており、何らかの信号が入力されればダイヤフラムスプリング室８２とダイヤフラム室１１を連通させる方向に切り換わる。即ち、ダイヤフラム室１１とダイヤフラムスプリング室８２が等圧になれば、それまでダイヤフラム室１１に印加された圧力がキャンセルされるので、ダイヤフラムスプリング１０だけの力が働き、即座に弁体７を遮断する。したがって、本発明の圧力調整器は本体あるいは２次側の異常に対応するだけでなく、別途異常条件を入力することによっても緊急遮断弁として有効に機能することができる。なお、三方電磁弁は機械的な三方弁を採用し、感震器などから電気信号を用いることなく他の信号によって直接作動させる構造のものに置換することができるのはいうまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
本発明では、弁棒装置として先端側に前記弁体を備え、かつ反対側に周溝を備えた弁棒をソケット内に出入り自在に収納し、内周に段差によって大径部と小径部を設けた筒状のストッパカラーによってソケットの下方周囲に設けられたボールを縮径自在としたので、ボールが小径部に対応する場合にはボールが周溝に嵌入して一体化する一方、ボールが大径部に対応する場合には嵌入が解除されて弁棒が退避することになるので、ストッパカラーがダイヤフラム室の底に当接して押し込まれることによって弁棒に設けられた弁体が閉弁するという遮断弁の機能を圧力調整弁自体が行うことができる。即ち、本発明では２次側あるいはダイヤフラムの故障自体を直接の原因として遮断弁が働くので、極めて精度の高い遮断弁機構を達成することができた。
【００２０】
さらに、弁体に対する１次側とダイヤフラムを押圧するスプリングに逆圧を印加するためのダイヤフラム室にさらに連通管を設け、リセット装置によって前記連通管を連通可能としたので、緊急に遮断弁が動作した場合でもリセット装置を動作させることによって弁棒構造を正常状態に容易に復帰させることができる。また、連通管の途中にレギュレタを設ける構成、あるいは連通管の途中にニードル弁を設ける構成、さらには連通管にボール弁を収納し、このボール弁の上昇によってダイヤフラムを押し上げるためのロッドを設ける構成を採用することによって、ダイヤフラム室の異常昇圧を回避することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力調整器の一例を示す断面図
【図２】本発明の作動直前の状態を示す断面図
【図３】同、開放流量時の状態を示す断面図
【図４】同、弁の遮断時の状態を示す断面図
【図５】本発明装置にリセット機構を採用した一例を示す断面図
【図６】同、別のリセット機構を示す断面図
【図７】同、さらに別のリセット機構を示す断面図
【図８】同、さらに別のリセット機構を示す断面図
【図９】本発明装置を利用した緊急遮断システムを示す概略図
【図１０】従来例を示す断面図
【符号の説明】
１　　　圧力調整器
２　　　１次側ガス入口
３　　　２次側ガス出口
４　　　１次室
５　　　２次室
６　　　弁座
７　　　弁体
８　　　弁棒構造
９　　　ダイヤフラム
１０　　ダイヤフラムスプリング
１１　　ダイヤフラム室
１２　　圧力調整ネジ
１３　　底スプリング
２１　　下側弁棒
２２　　上側弁棒
２３　　ソケット
２４　　カラーソケット
２５　　弁棒スプリング
２６　　ストッパカラー
２７　　テーパ面
２８　　大径部
２９　　小径部
３０　　鋼ボール
３１　　周溝
３２　　カラースプリング
４０　　通気管
４１　　連通管
４２　　リセットノブ
４３　　リセット弁
５１　　スプリング
５２　　ボール弁
５３　　ロッド
５４　　弁座

Claims

スプリングで常時押圧され、かつ２次圧によって前記スプリングに対する逆圧が印加されることにより圧力調整を行うダイヤフラムと、このダイヤフラムに直結してダイヤフラムの昇降に連動して昇降する弁棒装置と、この弁棒装置の先端側に設けられた弁体と、この弁体を常時押し上げ方向に付勢する底スプリングとからなる圧力調整器において、前記弁棒装置は、先端側に前記弁体を備え、かつ反対側に周溝を備えた弁棒と、この弁棒を出入り自在に収納し、前記ダイヤフラムに固定したソケットと、このソケットの外側に軸方向に対して摺動可能に設けられ、内周は段差によって大径部と小径部を有する筒状のストッパカラーと、前記ソケットの下方周囲に設けられ、前記ストッパカラーの小径部に対応して前記周溝に嵌入可能で、大径部に対応して嵌入が解除されるボールとからなり、前記ストッパカラーの下端が突出してダイヤフラム室の底に当接可能としたことを特徴とする遮断機構付圧力調整器。
ソケットは、カラーソケットに収納され、このカラーソケットがダイヤフラムに固定されると共に、ストッパカラーは前記ソケットとカラーソケットの間に摺動可能に設けられた請求項１記載の遮断機構付圧力調整器。
ストッパカラーは、常時突出方向にスプリングによって付勢された請求項１または２記載の遮断機構付圧力調整器。
弁棒は、常時開弁方向に付勢された請求項１記載の遮断機構付圧力調整器。
弁体に対する１次側とダイヤフラムを押圧するスプリングに逆圧を印加するためのダイヤフラム室にさらに連通管を設け、リセット装置によって前記連通管を連通可能とした請求項１〜４のいずれか記載の遮断機構付圧力調整器。
連通管の途中にはレギュレタを設けた請求項５記載の遮断機構付圧力調整器。
連通管の途中にはニードル弁を設けた請求項５記載の遮断機構付圧力調整器。
連通管にはボール弁を収納し、このボール弁の上昇によってダイヤフラムを押し上げるためのロッドを備えた請求項５記載の遮断機構付圧力調整器。