JP2008217278A - 可変オリフィス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管路内を流れる流体の簡易でかつ正確な流量調整を行うことのできる可変オリフィス装置を提供すること。
【解決手段】この可変オリフィス装置では、流体管路ｐ１，ｐ２のフランジ１とフランジ２の間に、固定オリフィス３を配置し、他方隣接して管路中心に回転可能な可動オリフィス４を配置する。各オリフィス３，４には各々少なくとも１つ以上の孔１１，１２があらかじめ設けられており、可動オリフィス４の鍔部に設けられた穴５に用具棒６を挿入し、管路円周方向に回転させることにより、両オリフィス３，４を貫通する孔の形状あるいは大きさを変えることができるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数に分岐している流体管路において、各分岐管路に適正な流量を配分するための可変オリフィス装置に関するものである。

１つの流体管路源から複数に分岐する管路においては、各分岐管路に所期の目的の適正な流量を配分することが要求される。そこで、配管内の各分岐管路に配置された、玉弁や仕切り弁などの弁類より可能な限りの調整を行う場合もあるが、これらの弁類は本来開・閉の操作用が目的で設置されたもので流量制御には適していない。

一方、流量制御弁には、ニ−ドル弁やオリフィス弁があるが、その適用範囲はいずれも口径２５ｍｍ程度以下の小口径の管路に限られている（例えば特許文献１参照）。

他方、容量の大きな流量制御弁としては、バタフライ弁が市販されているが、このバタフライ弁は口径１００ｍｍ以上しか無い。加えて、装置も大きく費用も高価である。

従って、一般に使われる２５〜１００ｍｍの口径では、適当な流量制御弁は市販されていないし、大口径の流量制御弁は装置も大きく高価であるといった問題があった。
特開２０００−０６５０１５号公報

そこで、通常の配管分岐システムの流量調整には、いわゆる固定オリフィス法が使われる。ここでは、設計された配管システムに基づいて、配管内の諸部品や管路の抵抗係数を推定し、計算式により該分岐各管路の抵抗を算出し、該各管路の分岐点のフランジ間に固定オリフィスを挿入してバランスを取り適正な流量を配分することが行われている。

しかし、この計算による固定オリフィス法では、現実の配管システム内の諸部品の抵抗や配管抵抗が計算上のそれと乖離する事が多い。従って運転開始後、流量配分のアンバランスが知見されると、管路の流体を停止し、さらに管内から流体を除去したりして、固定オリフィスのサイズを試行錯誤で探って交換する事態が発生している。

本発明は、このような状況に鑑みなされたものであって、管路内を流れる流体の簡易でかつ正確な流量制御を行うことができる可変オリフィス装置を提供することを目的としている。

本発明は、流体管路中に、少なくとも１個の偏心孔を有する第一のオリフィスと、この第一のオリフィスに対して前記管路の軸心周りに相対回転可能な少なくとも１個の偏心孔を有する第二のオリフィスとを同軸に重ねた状態で介装することにより、両オリフィスの偏心孔の連通する部分の面積を可変となしたことを特徴とする可変オリフィス装置として構成されている。

請求項２記載の発明のように、第一のオリフィスは管路に固定した固定オリフィス、第二のオリフィスは管路の軸心周りに回転可能でかつ該管路に同軸の外周面を有する可動オリフィスであることが好ましい。

請求項３記載の発明のように、可動オリフィスを管路の軸心周りに回転操作するための操作部を備えることが好ましい。

請求項４記載の発明のように、操作部は、可動オリフィスの外周面に着脱自在に突設された棒状部材であることが好ましい。

請求項５記載の発明のように、管路はフランジ接続されており、両オリフィス間、ならびに可動オリフィスと該可動オリフィスに対向する側のフランジとの間には、Ｏリングが介装されていることが好ましい。

請求項６記載の発明のように、Ｏリングは、可動オリフィスの外周面に介装されていることが好ましい。

本発明によれば、流体管路中に、少なくとも１個の偏心孔を有する第一のオリフィスと、この第一のオリフィスに対して前記管路の軸心周りに相対回転可能な少なくとも１個の偏心孔を有する第二のオリフィスとを同軸に重ねた状態で介装することにより、両オリフィスの偏心孔の連通する部分の面積を可変となしているので、両オリフィスの偏心孔の連通する部分を流体が通過する際の流体抵抗を任意に変えることができる。その結果、管路に特殊な流量制御弁などを追設すること無く、簡易でかつ正確な管路の流量調整を行うことができる可変オリフィス装置が得られる。

また、第一、第二のオリフィスの偏心孔の個数又は形状を、管路の径、流体の性質、流量又は制御量に応じて、組み合わせることにより、各要求に応じた流量調整を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、第一のオリフィスは管路に固定した固定オリフィス、第二のオリフィスは管路の軸心周りに回転可能でかつ該管路に同軸の外周面を有する可動オリフィスであるので、より簡易な構成とすることができる。

請求項３記載の発明によれば、可動オリフィスを管路の軸心周りに回転操作するための操作部を備えたので、この操作部を操作することで可動オリフィスを管路の軸心周りに回転させて、両オリフィスの偏心孔の連通する部分の面積を簡単に変更でき、これにより容易に管路の流量調整を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、操作部は、可動オリフィスの外周面に着脱自在に突設された棒状部材であるので、流量調整を行う時には棒状部材を装着して必要な流量調整を行う一方、流量調整を行わない時には棒状部材を外しておくことで誤って流量を調整するおそれがなくなる。

請求項５記載の発明によれば、管路はフランジ接続されており、両オリフィス間、ならびに可動オリフィスと該可動オリフィスに対向する側のフランジとの間には、Ｏリングが介装されているので、管路内に流体が通過している場合であっても、可動オリフィスを管路の軸心回りに回転操作することができ、これにより管路内の流体を停止したり管路内の流体を一旦除去したりすることなく、容易に流量調整を行うことができる。

請求項６記載の発明によれば、Ｏリングは、可動オリフィスの外周面に介装されているので、可動オリフィスを回転させる時に、Ｏリングに無理な力が加わることがなくなり、その寿命が長くなる。

図１は本発明の一実施形態に係る可変オリフィス装置の全体構成を示す断面図である。なお、同図中の流体（水等）の流れる方向は、例えば紙面に向かって左側から右側である。

この可変オリフィス装置は、例えば図1に示すように、流体管路ｐ１のフランジ１と、流体管路ｐ２のフランジ２との間に、固定オリフィス（第一のオリフィス）３を配置しており、この固定オリフィス３に隣接させて管路中心に回転可能な可動オリフィス（第二のオリフィス）４を配置している。７はスペーサである。

フランジ１，２と固定オリフィス３とスペーサ７とは同径であり、それらの周端付近には、共通のボルト８を挿通させるためのボルト孔９がそれぞれ開設されている。また、ノックピン１０を用いて、フランジ１に固定オリフィス３が固定されるようになっている。ただし、ボルト８の締結力によってはこのノックピン１０を省略することもできる。

固定オリフィス３は略円板状に形成され、また可動オリフィス４は略円筒状に形成されており、各オリフィス３，４には、各々少なくとも１つ以上の孔（偏心孔）１１，１２があらかじめ設けられている。

可動オリフィス４の外径は管路ｐ１，ｐ２の外径と合わせており、その長手方向中間には前記フランジ１，２のボルト孔９よりも小径となる鍔部が形成されている。

固定オリフィス３には所定形状の穴が形成されるとともに、その穴の側壁にはシール溝が形成されている。この穴に可動オリフィス４の一端を、Ｏリング１４を介してはめ込むことができるが、その際にＯリング１４がシール溝に保持されるようになっている（いわゆるインローにしている）。

また、スペーサ７の内径は可動オリフィス４の外径よりも若干大きく設定されており、このスペーサ７の内径側にも同様にシール溝が形成されている。スペーサ７の内径側に可動オリフィス４の他端をはめ込むことができるが、その際にもＯリング１４がシール溝に保持されるようになっている。

そして、可動オリフィス４の鍔部の適宜箇所に設けられた穴５に用具棒（棒状部材、操作部）６の先端を挿入して、この用具棒６の後端を例えばハンマー等で打撃することで、可動オリフィス４を、管路ｐ１，ｐ２の円周方向に回転させることにより、固定オリフィス３の孔１１と、可動オリフィス４の孔１２とを連通する部分１３の形状あるいは大きさが変わり、これにより流量の調整ができるようになっている。なお、用具棒６の使用時にボルト８が干渉しないように、複数個の穴５の位置が同時にボルト孔９の位置と一致しないように設定されている。

図４は固定オリフィスと可動オリフィスの孔を三日月型にした正面図（逆配置に組む例）、図５は固定オリフィスと可動オリフィスの孔を楕円形にした正面図（逆配置に組む例、図６は固定オリフィスと可動オリフィスの孔を半円形にした正面図（逆配置に組む例）、図７は固定オリフィスと可動オリフィスの孔が円形を２つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）、図８は固定オリフィスと可動オリフィスの孔が半円形を２つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）、図９は固定オリフィスと可動オリフィスの孔が半円形を４つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）、図１０は固定オリフィスと可動オリフィスの孔を異形にした正面図（逆配置に組む例）を示すものである。なお、図中の（ａ）が固定オリフィス、（ｂ）が可動オリフィスを示しており、それぞれハッチングで孔を示している。

いずれについても、両オリフィス３，４の孔１１，１２の形状、大きさについては、可動オリフィス４の回転角度に応じて、両オリフィス３，４を通過する流体の流量は、両者の孔１１，１２の重なり合わない面積をあらかじめ計算することにより推定できる。

なお、両オリフィス３，４に開ける孔１１，１２は、一般的に数が多いほどキャビテ−ションが少ないとされている。従って孔１１，１２の大きさ、数、形状については、製造コストを含めて検証・検討の上、決定することが望ましい。

以下、この可変オリフィス装置の使用方法について概略説明する。

図１において、流体管路ｐ１のフランジ１と、流体管路ｐ２のフランジ２との間に、固定オリフィス（第一のオリフィス）３を配置し、この固定オリフィス３に隣接させて管路中心に回転可能な可動オリフィス４を配置し、さらにこの可動オリフィス４に隣接させてスペーサ７を配置する。

その際に、固定オリフィス３の穴にはめ込まれた可動オリフィス４の一端の外周面にはＯリング１４が介在させ、スペーサ７の内周面にはめ込まれた可動オリフィス４の他端の外周面にもＯリング１４が介在させる。

また、フランジ１，２と固定オリフィス３と可動オリフィス４とスペーサ７とを組み合わせた状態でボルト８を挿通し、ノックピン１０を用いて、フランジ１に固定オリフィス３が固定する。

固定オリフィス３の孔１１と可動オリフィス４の孔１２とは最初は同位置になるようにしており、この状態で管路ｐ１，ｐ２間に流体を通過させる。このときの流量が所望の値と大きく異なる場合には、ボルト８を緩めて固定オリフィス３に対して可動オリフィス４を回転できるようにする。

そして、可動オリフィス４の鍔部（外周面）の適宜箇所に設けられた穴５に用具棒（棒状部材、操作部）６の先端を挿入して、この用具棒６の後端を例えばハンマー等で打撃することで、可動オリフィス４を、管路ｐ１，ｐ２の円周方向に回転させる。

すると、固定オリフィス３の孔１１と、可動オリフィス４の孔１２とを連通する部分１３の形状あるいは大きさが変わり、これにより流量の調整を行う。

ここでは、管路ｐ１，ｐ２内に流体が通過している場合であっても、可動オリフィス４を管路ｐ１，ｐ２の軸心回りに回転操作することができ、これにより管路ｐ１，ｐ２内の流体を停止したり管路ｐ１，ｐ２内の流体を一旦除去したりすることなく、容易に流量調整を行うことができる。また、Ｏリング１４は、可動オリフィス４の外周面にある鍔部に介装されているので、可動オリフィス４を回転させる時に、Ｏリング１４に無理な力が加わることがなくなり、その寿命が長くなる。

本発明によれば、流体管路ｐ１,ｐ２中に、孔１１を有する固定オリフィス３と、この固定オリフィス３に対して前記管路ｐ１,ｐ２の軸心周りに相対回転可能な孔１２を有する可動オリフィス４とを同軸に重ねた状態で介装することにより、両オリフィス２，４の孔１１，１２の連通する部分の面積を可変となしているので、両オリフィス３，４の孔１１，１２の連通する部分を流体が通過する際の流体抵抗を任意に変えることができる。その結果、管路ｐ１，ｐ２に特殊な流量制御弁などを追設すること無く、簡易な構成でありながら、正確な管路の流量調整を行うことができる。

例えば、固定オリフィス３と可動オリフィス４の孔１１，１２の個数又は形状を、管路ｐ１，ｐ２の径、流体の性質、流量又は制御量に応じて、組み合わせることにより、各要求に応じた流量調整を行うことができる。

また、上記のように流量調整を行う時には用具棒６を装着して必要な流量調整を行う一方、流量調整を行わない時には用具棒６を外しておくことで誤って流量を調整するおそれがなくなる。

図２は本発明の他の実施形態に係る可変オリフィス装置の全体構成を示す断面図、図３は本発明のさらに他の実施形態に係る可変オリフィス装置の全体構成を示す断面図である。なお、両図中の符号は図１のそれと共通である。

これらの可変オリフィス装置のうち、例えば図３に示すものは、最も簡単な構成であり、図２に示すものは図１と図２に示すものとの中間的な構成となっているが、基本的には、いずれも前記と同様の作用効果を奏するものである。ただし、図３に示す可変オリフィスでは、Ｏリング１４が可動オリフィス４の左右両側面に介装されているので、可動オリフィス４を回転させる時に、Ｏリング１４に無理な力が加わり易くなり、その交換のインターバルが若干短くなることがある。

この点、図２に示す可変オリフィスでは、Ｏリング１４が可動オリフィス４の一方側では側面に、他方側では外周面にそれぞれ介装されているので、その作用効果も、図１に示すものと、図３に示すものとの中間的なものである。

なお、上記実施形態では、第一のオリフィスを固定オリフィス３とし、第二のオリフィスを可動オリフィス４としているが、第一、第二のオリフィスを可動オリフィスとすることとしてもよい。

また、上記実施形態のうち、図１では、フランジ２とは別個にスペーサ７を使用して、このスペーサ７に可動オリフィス４の他端を当接させているが、スペーサ７をフランジ２に組み込んでもよい。その場合には、部品点数が減少して、メンテナンスが容易となる。

さらに、上記実施形態では、管路ｐ１，ｐ２をフランジ接続しているが、その他の接続方法であっても、その管路中に本発明の可変オリフィス装置を適用することができるのはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る可変オリフィス装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る可変オリフィス装置の概略構成を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る可変オリフィス装置の概略構成を示す断面図である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔を三日月型にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔を楕円形にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔を半円形にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔が円形を２つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔が半円形を２つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔が半円形を４つの打ち抜き孔にした正面図（逆配置に組む例）である。 固定オリフィスと可動オリフィスの孔を異形にした正面図である。

符号の説明

１ フランジ
２ フランジ
３ 固定オリフィス（第一のオリフィス）
４ 可動オリフィス（第二のオリフィス）
５ 穴
６ 用具棒（操作部材、操作部）
１１ 固定オリフィスの孔（偏心孔）
１２ 可動オリフィスの孔（偏心孔）
１３ 孔間の連通する部分
１４ Ｏリング
ｐ１ 管路
ｐ２ 管路

Claims (6)

1. 流体管路中に、少なくとも１個の偏心孔を有する第一のオリフィスと、この第一のオリフィスに対して前記管路の軸心周りに相対回転可能な少なくとも１個の偏心孔を有する第二のオリフィスとを同軸に重ねた状態で介装することにより、両オリフィスの偏心孔の連通する部分の面積を可変となしたことを特徴とする可変オリフィス装置。
2. 第一のオリフィスは管路に固定した固定オリフィス、第二のオリフィスは管路の軸心周りに回転可能でかつ該管路に同軸の外周面を有する可動オリフィスであることを特徴とする請求項１記載の可変オリフィス装置。
3. 可動オリフィスを管路の軸心周りに回転操作するための操作部を備えたことを特徴とする請求項２記載の可変オリフィス装置。
4. 操作部は、可動オリフィスの外周面に着脱自在に突設された棒状部材であることを特徴とする請求項３記載の可変オリフィス装置。
5. 管路はフランジ接続されており、両オリフィス間、ならびに可動オリフィスと該可動オリフィスに対向する側のフランジとの間には、Ｏリングが介装されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の可変オリフィス装置。
6. Ｏリングは、可動オリフィスの外周面に介装されていることを特徴とする請求項５記載の可変オリフィス装置。

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