JP2007182909A - 流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばスラリー輸送における絞り弁として好適に使用し得る流量調整弁を提供する。
【解決手段】この流量調整弁１は、外筒２と、その外筒２内に装着されて流路１０を内側に有する筒状のスリーブ４と、外筒２の内周面とスリーブ４の外周面との間に画成される環状の圧力調整領域６と、を有して構成されている。そして、このスリーブ４は、伸縮自在な弾性材から構成されており、その流路１０に、当該流路１０を絞る広さに予め成型されてなるくびれ部４ｃを有している。さらに、このくびれ部４ｃは、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を低くしたときには当該くびれ部４ｃの横断面形状を一様に拡大しつつ膨張するようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路内を流れる流体の流量を調整する流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法に係り、特に、例えばスラリー輸送において、スラリーに抵抗を与える絞り弁として好適に用い得る流量調整弁、また、特殊な分野としては、ジェットポンプのスロート部に利用できる流量調整弁に関する。

例えば、固形物を含有するスラリーの輸送においては、一般的に、輸送機器として遠心渦巻きポンプが使用されている。そして、スラリーの輸送量を調整するときは、例えば、ポンプ駆動用モータを駆動する電流の周波数を変換し、その回転速度を制御することで、スラリーの輸送量を調整したり、あるいは、ポンプの吐き出し部にバルブを設けて、そのバルブの開度を制御することで、スラリーの輸送量を調整している。

そして、ポンプの吐き出し部にバルブを設けて、そのバルブの開度によってスラリー等の流体の輸送量を制御する場合、一般的に使用されているバルブ（絞り弁）としては、ボール弁、仕切弁、あるいは、ピンチ弁等が用いられている。
ここで、ピンチ弁は、例えば、特許文献１ないし２に開示されているように、ゴムホース等の、流路を内側に有する可撓性のスリーブを備えている。そして、このスリーブを、その径方向から機械的に押圧することで流路を閉じたり（特許文献１参照）、あるいは、このスリーブの周囲に圧縮空気を与えて押圧することで流路を閉じる構造になっている（特許文献２参照）。
特開２００５−２０７４７０号公報 特開２００５−１３３８５７号公報

ところで、例えば、上述のスラリー輸送に用いるバルブ（絞り弁）においては、その弁体の開度を調整するときの、流路の開口部の形状と開口面積とが重大な意味をもつ。すなわち、スラリー輸送に使用する絞り弁としては、その弁体を中間開度としたときに、バルブでの絞られた流路の開口部の形状が、スラリー中の固形物が通過し易い形状であることが望ましい。

しかし、上述のバルブは、いずれも、その弁体を中間開度とし、流体に抵抗を与えるように使用する場合、開口部の形状が、仕切弁では略三日月状、ボール弁では楕円状になり、また、ピンチ弁では扁平楕円状に変形する。そのため、例えば、固形物を含有するスラリーの輸送においては、その絞られた開口部で流体中の固形物の通過が難しくなる。また、絞られた開口部で管路の閉塞を招くおそれがある。

また、仕切り弁は、ゲート（仕切り板）の厚みと開度面積とで流体に抵抗を与え、ボール弁は、ボールの径と開度面積とで流体に抵抗を与えるものである。そのため、いずれも、流体に抵抗を与えるために必要な流路方向での距離が短いので、開口面積を極度に小さくしない限り、絞りの効果を期待できない。また、開口面積を極度に小さくすることで、流体中の固形物の通過を妨げることにもなる。

この点に対して、ピンチ弁は、スラリー輸送に使用する絞り弁として、比較的に好ましいものの、例えば、上記特許文献１ないし２に記載の技術では、スリーブ（弁体）は、バルブの全開状態、すなわち、流路の横断面積が最大時に、その開口部が円形になることを基本に制作されている。そのため、いずれの例でも、その外周部から操作圧力を加えて絞っていくと、開口部の断面形状は、上述のように、円形から扁平な楕円形状に変形することになる。したがって、スリーブ（弁体）を中間開度としたときに、スラリー中の固形物が通過し易い形状とする上では、未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、スラリー輸送における絞り弁として使用した場合であっても、これに好適に使用し得る流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、外筒と、その外筒内に装着されて流路を内側に有する筒状のスリーブと、外筒内周面とスリーブ外周面との間に画成される環状の圧力調整領域と、を備える流量調整弁であって、前記スリーブは、一様に拡大または縮小可能な弾性材から構成されており、その流路を絞る広さに予め成型されてなる絞り部を有することを特徴としている。

本発明によれば、スリーブは、一様に拡大または縮小可能な弾性材から構成されているので、例えば、流路内の圧力よりも圧力調整領域内の操作圧力を低くしたときには、絞り部は、その流路を広げる方向に横断面形状が一様に拡大しつつ膨張することができる。そして、この絞り部は、予め、その流路を絞る広さに成型されているので、絞り部の横断面形状（開口部の形状）を、例えば所望の形状とし且つ所定の中間開度に設定しておけば、この所定の中間開度から全開に至る過程において、その所望の形状に近似した相似形状で遷移させることができる。

ここで、前記絞り部は、その横断面形状が、円形であればより好ましい。このような構成であれば、横断面形状を略円形とした相似形状で流路を広げることができる。したがって、所定の中間開度での横断面形状が円形に設定されていれば、この所定の中間開度から全開に至る過程において、絞られた開口部の形状を、円形に近似した相似形状で遷移させることができる。

また、前記スリーブは、流路方向での中央部に配される絞り部と、この絞り部の両端に連通して、それぞれ流路方向の一方と他方とに向けて徐々に拡径する拡径部と、各拡径部から流路方向に沿って延びるとともに、接続される配管の内径と同じ内径をもつ円筒部と、を有しており、これらが一体に成型されていれば上記本発明の作用・効果を奏するスリーブとして好適である。

また、本発明は、外筒と、その外筒内に装着されて流路を内側に有する筒状のスリーブと、外筒内周面とスリーブ外周面との間に画成される環状の圧力調整領域と、を備える流量調整弁を用いて前記流路内を流れる流体の流量を調整する方法であって、前記流量調整弁に、請求項１または２に記載の流量調整弁を用い、前記流路を絞るときには、圧力調整領域および流路相互の差圧をなくし、前記流路を広げるときには、流路内の圧力よりも圧力調整領域内の操作圧力を低くすることを特徴としている。

本発明によれば、本発明に係る流量調整弁を用いており、その流路を絞るときには、圧力調整領域および流路相互の差圧をなくし、その流路を広げるときには、流路内の圧力よりも圧力調整領域内の操作圧力を低くしているので、流路を全開から所定の中間開度までの間で、流路の絞り形状を所望の横断面形状（例えば円形）に保ちつつ、その開度を、一様に拡大または縮小させつつ絞ることができる。

すなわち、本発明によれば、その圧力調整領域内の操作圧力を、圧力調整領域および流路相互の差圧をなくしている状態から流路内の圧力よりも圧力調整領域内の操作圧力を低くした状態まで適宜制御することで、例えばカメラの絞り同様に、全開から中間開度に至るまでの絞っていく過程において、その絞られた開口部の形状を、所望の横断面形状（例えば円形）にすることができる。

したがって、例えばスラリー流体の輸送における絞り弁として使用した場合に、絞りの過程において、その開口部の形状を、常にほぼ所望の横断面形状とすることができるので、同一の抵抗を付加したときに、上記例示した従来のバルブでの絞りの過程における開口部の形状に比べて、スラリー中の固形物を比較的に容易に通過させることができる。

上述のように、本発明によれば、スラリー輸送における絞り弁として好適に使用し得る流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法を提供することができる。

以下、本発明に係る流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。ここで、この流量調整弁は、スラリー輸送用の流体搬送管路において、内部にスラリーを搬送可能な配管同士を相互に接続し、スラリーに抵抗を与えるための絞り弁として用いた例である。
図１は、本発明に係る流量調整弁の一実施形態の要部を説明する図であり、同図（ａ）では、当該流量調整弁の要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。

同図に示すように、この流量調整弁１は、外筒２と、その外筒２内に装着されて流路１０を内側に有する筒状のスリーブ４と、を備えている。
この流量調整弁１両側の配管３は、それぞれ略円筒状をなしており、各端部に、径方向外向きに張り出す円環状のフランジ３ａをそれぞれ有している。
外筒２は、略紡錘状をなす金属製の筒部材であり、両側の配管３のフランジ３ａに対し、それぞれ対向するフランジ２ａを両端部に有している。そして、両側の配管３および外筒２は、相互のフランジ２ａ、３ａが、不図示のボルト・ナット締結によって接続可能に構成されている。

スリーブ４には、流路１０の延びる方向両端部のそれぞれに鍔部４ａを有する。各鍔部４ａは、スリーブ４の両端部から外向きに張り出して円環状に設けられている。また、各鍔部４ａは、上記フランジ２ａ、３ａ同士の間の位置に形成されている。一方、外筒２には、その両端面に、スリーブ４の鍔部４ａに対向する位置に、鍔部４ａが嵌り込めるように円環状の溝部２ｂがそれぞれ形成されている。この溝部２ｂの流路方向での深さは、鍔部４ａの幅の約１／２になっている。

スリーブ４は、その両側の鍔部４ａが、上記フランジ２ａ、３ａ同士がボルト・ナット締結によって接続される際に、配管３の端面と外筒２の端面との間で、それぞれ挟持される。これにより、スリーブ４は、外筒２の内部に、これと同軸に支持されるようになっている。このとき、各鍔部４ａは、流路１０の延びる方向両側をそれぞれ閉塞するパッキングを兼ねている。これにより、この流体搬送管路は、一端の側から配管３、流量調整弁１、配管３の順に相互が接続されることで、スリーブ４の内部を介して一方から他方の側に、固形物を含有するスラリー５０を搬送可能になっている。

さらに、この流量調整弁１は、その絞りに相当する箇所の外周に圧力調整領域６が設けられている。すなわち、同図に示すように、上記のように配管３の端面と外筒２の端面との間でスリーブ４が挟持されることで、外筒２の内周面２ｎとスリーブ４の外周面４ｓとの間に、スリーブ４の周囲に亘って環状の圧力調整領域６が画成されている。そして、外筒２には、管路の延びる、流路方向での略中央部分に、この圧力調整領域６に連通する接続口２ａが設けられている。そして、この接続口２ａは、配管８ａを介して真空装置８に接続されている。この真空装置８は、圧力調整領域６内の操作圧力を制御する圧力制御手段である。すなわち、この真空装置８は、圧力調整領域６内部の空気を排気することによって圧力調整領域６内を負圧にすることができるようになっている。なお、同図は、圧力調整領域６での操作圧力が消失している状態の図を示している。すなわち、同図では、真空装置８は動作しておらず、圧力調整領域６内は、常温・常圧の状態であり、また、流路１０内も常温・常圧の状態である。これにより、圧力調整領域６および流路１０相互の差圧が生じておらず、スリーブ４に対して、特段の外力が作用していない状態の図を示している。

ここで、上記スリーブ４は、伸縮自在な弾性材であるゴムから形成された成型品であり、必要な箇所を布等によって補強されている。なお、このスリーブ４を形成するゴムは、一様に拡大または縮小可能なものを用いており、例えば一様に拡大する際には、その肉厚を薄くしつつ延伸するように膨張可能な材料を採用している。
そして、スリーブ４は、予め、略鼓（つづみ）状をなして成型されている。

詳しくは、同図に示すように、このスリーブ４は、流路方向での中央部に、絞り部としてのくびれ部４ｃを有している。このくびれ部４ｃは、その横断面形状（開口部の形状）が円形である（図１（ｂ）参照）。ここで、このくびれ部４ｃは、圧力調整領域６および流路１０相互の差圧が生じていないときには、流路１０を、予め定めた所定の中間開度に絞る広さ（開口面積）に形成されている。そして、このくびれ部４ｃの両端に、それぞれ流路方向の一方と他方とに向けて徐々に拡径する拡径部４ｄが連通している。さらに、各拡径部４ｄから流路方向に沿って延びる両端が、これに接続される両側の配管３の内径と同じ内径をもつ円筒部４ｅになっている。そして、これらくびれ部４ｃ、拡径部４ｄおよび円筒部４ｅが一体に成型されることで、全体として略鼓（つづみ）状をなしている。

次に、上記の圧力調整領域６に、その内部を負圧にする操作圧力を作用させて、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を低くした状態について説明する。
図２は、真空装置８によって圧力調整領域６を負圧にする操作圧力を作用させて、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を低くした状態の図を示している。なお、同図（ａ）では、流量調整弁の要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図であり、それぞれ図１に対応する図で示している。

上述のように、この流量調整弁１は、そのスリーブ４を形成するゴムとして、一様に拡大または縮小可能なものを用いており、その肉厚を薄くしつつ延伸可能な材料を採用している。そして、同図に示すように、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を充分に低くしたときには、略紡錘状をなす外筒２の内径に倣うように、径方向に向けて膨張して配管３の内径を超える径まで伸長可能なものを用いている。

換言すれば、このスリーブ４は、図１（ｂ）と図２（ｂ）を比較して分るように、圧力調整領域６を負圧にする操作圧力を作用させて、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を充分に低くしたときには、流路１０を広げる方向にその横断面形状が一様に拡大しつつ膨張可能になっている。このとき、くびれ部４ｃは、その横断面形状が、膨張したときも円形になるような肉厚に予め成型されている（図２（ｂ）参照）。

次に、この流量調整弁およびこれを用いた流量調整方法の作用・効果について説明する。
この流量調整弁１によって流路内を流れる流体の流量を調整する場合は、流路１０を絞るときには、圧力調整領域６および流路１０相互の差圧をなくし、また、流路１０を広げるときには、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を低くするように操作圧力を制御する。

すなわち、この流量調整弁１によれば、スリーブ４は、絞り部であるくびれ部４ｃは、円形の横断面形状（開口部の形状）を有して成型されている。そして、このくびれ部４ｃは、予め、流路１０を所定の中間開度に絞った開口面積をもって成型されているので、上記のように圧力調整領域６内の操作圧力を制御すれば、スリーブ４に外力が作用しない状態、つまり、圧力調整領域６および流路１０相互の差圧をなくした状態（図１参照）において、所望の広さに予め定めた中間開度にすることができる。

さらに、この流量調整弁１によれば、スリーブ４は、圧力調整領域６を負圧にする操作圧力を作用させて、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を低くするようにしているときには（図２参照）、その流路１０を広げる方向に横断面形状が一様に拡大しつつ膨張するようになっているので、流路１０内の圧力よりも圧力調整領域６内の操作圧力を充分に低くすることによって、スリーブ４を全開とした状態にすることができる。なお、この例では、外筒２は、略紡錘状に形成されており、スリーブ４は、その内径に倣うように横断面形状が一様に拡大しつつ膨張可能になっているので、配管３の内径を超える径まで、円形の流路１０を流量調整弁１内に確保することができる。

そのため、流路１０内を流れるスラリー５０の流量を調整するに際し、この流量調整弁１を用いて、真空装置８によって圧力調整領域６内の操作圧力を消失している状態から負圧にした状態までの間で適宜制御することによって、図１（ｂ）、および図２（ｂ）に示すように、流路１０のくびれ部４ｃを、全開から所定の中間開度までの間で、円形の開口に保ちつつ、一様に拡大または縮小させつつ絞ることができる。

以上説明したように、この流量調整弁１およびこれを用いた流量調整方法によれば、スラリー流体の輸送における絞り弁として使用するに際し、全開から所定の中間開度までの絞りの過程において開口部の形状を常にほぼ円形にすることができるので、同一の抵抗を付加したときに、上記例示した従来のバルブでの絞りの過程における開口部の形状に比べて、スラリー中の固形物を比較的に容易に通過させることができる。

なお、スラリー５０が流量調整弁１内において高圧の場合には、真空装置８での真空引き抜きを解除しても、スリーブ４が収縮する方向への弾性力（許容圧力）とのバランスによっては、くびれ部４ｃで絞り切れなくなることも想定されるが、事前に試験をおこなっておくことによって、許容圧力を確認しておけば、このような場合にも対応することができる。

なお、本発明に係る流量調整弁および流量調整方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、流量調整弁１は、くびれ部４ｃ（絞り部）の横断面形状が、圧力調整領域６での操作圧力が消失しているときおよび負圧にする操作圧力が作用しているとき共に、円形となるように形成されている例で説明したが、これに限定されず、その横断面の形状を、例えば楕円形や矩形とし、当該楕円形や矩形とした横断面の形状を、流路を広げる方向にその横断面形状が一様に拡大しつつ膨張するように形成することができる。しかし、スラリー輸送における絞り弁として好適に使用し得る流量調整弁として使用する上では、その絞り部の横断面形状は、円形とすることが好ましい。

また、上記実施形態では、圧力調整領域６に真空装置８を直に接続した例で説明したが、これに限定されず、例えば、真空装置８を、電磁弁を介して圧力調整領域６に接続することで、真空装置８の電源を遮断しても圧力調整領域６の圧力を一定に保持させることができる。
また、上記実施形態では、圧力制御手段として、真空装置８のみを備える構成例で説明したが、これに限定されず、例えば、上記の真空装置に加えて、場合に応じて、圧縮空気を圧力調整領域６内に送り込み可能な圧力装置を併用する構成としてもよい。この場合、例えば、真空装置と圧力装置との接続管路に相互を切り替え可能な電磁弁を設け、この電磁弁を介して圧力調整領域６に接続する。このような構成であれば、例えば、全開から所定の中間開度までの間は、真空装置８によって圧力調整領域６の操作圧力を制御して、円形の流路１０で一様に拡大または縮小させつつ絞り、さらに、切り替え弁を真空装置８から圧力装置に切り替えて、圧縮空気を圧力調整領域６内に送り込むことで、圧力調整領域６内に正圧を作用させることによって、円形断面を更に変形させて、上述した従来例のようなピンチ弁と同様に使用することができる。

また、上記実施形態では、絞り部（上記の例ではくびれ部４ｃ）での状態を検出する手段等については、特に言及しなかったが、実用的な運転方法としては、流量調整弁１の一次流れと二次流れとの差圧を検出する差圧検出手段を備える構成とすることによって、流体中の固形物が絞り部で閉塞をきたしたことを検出可能とし、その検出情報に基づいて、真空装置８等の圧力制御手段を自動制御することがより好ましい。

また、上記実施形態では、本発明に係る流量調整弁を、スラリー輸送における絞り弁として用いた例で説明したが、これに限定されず、本発明に係る流量調整弁は、種々の流体に対して適用可能なことは勿論である。また、その用途も同様であり、例えば、本発明に係る流量調整弁を、ジェットポンプのスロート部に利用することができる。

本発明に係る流量調整弁の一実施形態を説明する概略構成図であり、同図は、圧力調整領域での操作圧力が消失している状態の図を示している。なお、同図（ａ）では、流量調整弁の要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。 本発明に係る流量調整弁の一実施形態を説明する概略構成図であり、同図は、圧力調整領域を負圧にする操作圧力が作用している状態の図を示している。なお、同図（ａ）では、流量調整弁の要部を、その軸線を含む断面図で示している。また、同図（ｂ）は、同図（ａ）でのＺ−Ｚ断面図である。

符号の説明

１ 流量調整弁
２ 外筒
３ 配管
４ スリーブ
４ａ 鍔部
４ｃ くびれ部（絞り部）
４ｄ 拡径部
４ｅ 円筒部
６ 圧力調整領域
８ 真空装置（圧力制御手段）
１０ 流路
５０ スラリー

Claims (3)

1. 外筒と、その外筒内に装着されて流路を内側に有する筒状のスリーブと、外筒内周面とスリーブ外周面との間に画成される環状の圧力調整領域と、を備える流量調整弁であって、
   前記スリーブは、一様に拡大または縮小可能な弾性材から構成されており、その流路を絞る広さに予め成型されてなる絞り部を有することを特徴とする流量調整弁。
2. 前記絞り部は、その横断面形状が、円形であることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
3. 外筒と、その外筒内に装着されて流路を内側に有する筒状のスリーブと、外筒内周面とスリーブ外周面との間に画成される環状の圧力調整領域と、を備える流量調整弁を用いて前記流路内を流れる流体の流量を調整する方法であって、
   前記流量調整弁に、請求項１または２に記載の流量調整弁を用い、
   前記流路を絞るときには、圧力調整領域および流路相互の差圧をなくし、
   前記流路を広げるときには、流路内の圧力よりも圧力調整領域内の操作圧力を低くすることを特徴とする流量調整方法。

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