JP2011185287A - 流量調節弁 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる流量域において異なる流量調節特性を有する単一の流量調節弁。
【解決手段】単一の弁座２と、弁座２の開口部３の中心線Ｌ上に位置して中心線Ｌに沿って移動自在に設けられる単一の弁軸６と、弁軸６の移動に伴って開口部３を通流する流体の流量を調節するように弁軸６に設けられる弁部分とを備えている流量調節弁で、弁部分が、異なる流量域で異なる流量調節特性を有する複数の弁部分８、９により構成され、それら複数の弁部分８、９が、弁軸６の長手方向に間隔ｅを置いて設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体や液体などの各種流体の流量を調節する流量調節弁に関し、具体的には、単一の弁座と、その弁座の開口部の中心線上に位置して前記中心線に沿って移動自在に設けられる単一の弁軸と、その弁軸の移動に伴って前記開口部を通流する流体の流量を調節するように前記弁軸に設けられる弁部分とを備えている流量調節弁に関する。

このような流量調節弁では、通常、単一の弁軸に単一の弁部分が設けられており、したがって、その流量調節特性は、最大流量から最小流量に至るまでの全流量域にわたって同じ特性を有することになる。
ところが、実際の使用にあたっては、異なる流量域において異なる流量調節特性による流量調節が要求される場合も多い。例えば、大流量域では、弁軸の単位移動量当りの流量変化が小さく、それによって微細な流量調節が可能となる流量調節特性が要求され、その反面、小流量域では、急速な流量変化による迅速な遮断が要求されることがある。

このような要求を満たすには、従来、２つの流量調節弁を使用する必要があった。つまり、弁軸の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性を有する流量調節弁と迅速な遮断が可能な流量調節弁（遮断弁）との２つの弁を使用し、それら２つの流量調節弁を直列に接続して使用する必要があり、当然のことながら、２つの流量調節弁を必要とするためにコスト高になる欠点がある。
その他、特殊な流量調節弁として、単一の弁軸に２つの弁部分を備え、かつ、２つの弁部分に対応して２つの弁座を備えたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１３２１１３号公報

しかしながら、上記公報に記載の流量調節弁は、２つの弁部分が全く同じ構成、つまり、同じ形状、同じ大きさであり、また、２つの弁座も同じ形状、同じ大きさであるため、単一の弁軸に２つの弁部分を備えているものの、異なる流量域において異なる流量調節特性を有するものではない。

本発明の目的は、異なる流量域において異なる流量調節特性を有する単一の流量調節弁を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、単一の弁座と、その弁座の開口部の中心線上に位置して前記中心線に沿って移動自在に設けられる単一の弁軸と、その弁軸の移動に伴って前記開口部を通流する流体の流量を調節するように前記弁軸に設けられる弁部分とを備えている流量調節弁であって、前記弁部分が、異なる流量域で異なる流量調節特性を有する複数の弁部分により構成され、それら複数の弁部分が、前記弁軸の長手方向に間隔を置いて設けられているところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、単一の弁座と単一の弁軸を備え、その弁軸の移動に伴って弁座の開口部を通流する流体の流量を調節するように弁軸に設けられる弁部分が、異なる流量域で異なる流量調節特性を有する複数の弁部分により構成され、それら複数の弁部分が、弁軸の長手方向に間隔を置いて設けられているので、弁軸の移動に伴って、複数の弁部分のうちのいずれかひとつ、つまり、互いに異なる流量域で互いに異なる流量調節特性を有する弁部分のひとつが、弁座の開口部を通流する流体の流量を調節することになる。
したがって、従来のように複数の流量調節弁を使用することなく、単一の流量調節弁であるにもかかわらず、異なる流量域において異なる流量調節特性で流量を調節することができ、コストの低廉化を図ることができるとともに、取り扱いも容易となる。

本発明の第２の特徴構成は、前記複数の弁部分が、大流量域で流量を調節する大流量域弁部分と、前記大流量域より小さい小流量域で流量を調節する小流量域弁部分との２つの弁部分により構成されているところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、複数の弁部分が、大流量域で流量を調節する大流量域弁部分と、大流量域より小さい小流量域で流量を調節する小流量域弁部分との２つの弁部分により構成されているので、例えば、大流量域では、微細な流量調節を実行し、小流量域では、急速な流量変化による迅速な遮断を行ったり、その逆に、大流量域では、急速な流量調節を実行し、小流量域では、微細な流量調節を行うなど、使用目的に応じて対応することができる。

本発明の第３の特徴構成は、前記大流量域弁部分が、前記弁軸の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性を有し、前記小流量域弁部分が、前記大流量域弁部分の流量調節特性より流量変化が大きい流量調節特性を有しているところにある。

本発明の第３の特徴構成によれば、大流量域弁部分が、弁軸の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性を有するので、大流量域において微細な流量調節を実行することができ、しかも、小流量域弁部分が、大流量域弁部分の流量調節特性より流量変化が大きい流量調節特性を有しているので、小流量域において急速な流量調節を実行することができる。

本発明の第４の特徴構成は、前記弁軸の移動に対して流量変化のない中間流量域が、前記大流量域と小流量域の間に設定され、その中間流量域における流量が、前記大流量域における最小流量で、かつ、前記小流量域における最大流量であるところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、弁軸の移動に対して流量変化のない中間流量域が、大流量域と小流量域の間に設定され、その中間流量域における流量が、大流量域における最小流量で、かつ、小流量域における最大流量であるから、大流量域から小流量域への移行時、あるいは、小流量域から大流量域への移行時において、急激な流量変化が回避されて、全流量域にわたる円滑な流量調節が可能となる。

本発明の第５の特徴構成は、前記小流量域弁部分が、前記開口部を遮断するように構成されているところにある。

本発明の第５の特徴構成によれば、小流量域弁部分が、弁座の開口部を遮断するように構成されているので、単一の流量調節弁にもかかわらず、大流量域での流量調節から流体通流の遮断までを確実に行うことができる。

本発明の第６の特徴構成は、前記複数の弁部分が、複数の弁体によりそれぞれ各別に形成されているところにある。

本発明の第６の特徴構成によれば、複数の弁部分が、複数の弁体によりそれぞれ各別に形成されているので、複数の弁体によって大流量域や小流量域などで確実に流量調節を行うことができる。

流量調節弁の断面図 流量調節弁の作動を示す断面図 流量調節弁による流量調節状態を示す図 別実施形態による弁体の断面図

本発明による流量調節弁の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明の流量調節弁は、図１に示すように、弁本体１の内部に単一の弁座２を備え、その弁座２の開口部３が、上流側流路４と下流側流路５を連通接続し、気体や液体などの各種流体が、上流側流路４から弁座２の開口部３を通って下流側流路５へ通流するように構成されている。
弁座２の開口部３は、下方側が最小径ａとなり上方側が最大径ｂとなる截頭円錐形に形成され、その開口部３の中心線Ｌ上には、単一の弁軸６が位置されている。その弁軸６は、シール材などを介して弁本体１を貫通して摺動自在に保持され、弁軸６の上端部には、電磁式、電動式、または、他の駆動方式による弁駆動手段７が連動連結され、その弁駆動手段７による駆動で、単一の弁軸６が、開口部３の中心線Ｌに沿って上下方向に移動自在に設けられている。

その単一の弁軸６には、異なる流量域で異なる流量調節特性を有する２つの弁部分８、９が設けられている。
すなわち、弁軸６の上下移動に伴って、弁座２の開口部３を大流量の流体が通流する大流量域において、開口部３を通流する流体の流量を調節する大流量域弁部分８と、その大流量域より小さい小流量域において、開口部３を通流する流体の流量を調節する小流量域弁部分９とが、弁軸６の長手方向に間隔ｅを置いて設けられている。
大流量域弁部分８は、弁軸６の下端部に設けられたほぼ逆円錐形状の下方弁体１０により形成され、その上方側の最大径ｃが、開口部３の最小径ａよりも小径となるように構成されて、後に詳しく説明するように、弁軸６の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性を有するように設定されている。

それに対して、小流量域弁部分９は、円盤状の板状弁体１１ａとその板状弁体１１ａの外周に外嵌されたＯリング１１ｂからなる上方弁体１１により形成され、その最大径ｄが、開口部３の最小径ａより大径で、開口部３の最大径ｂよりも小径となるように構成されて、弁軸６の単位移動量当りの流量変化が、大流量域弁部分８の流量調節特性より大きい流量調節特性を有するように設定され、さらに、その小流量域弁部分９を形成する上方弁体１０が、弁座２の開口部３を遮断するように構成されている。
そして、下方弁体１０と上方弁体１１との間隔ｅの間には、下方弁体１０の最大径ｃよりも小径の弁軸６が存在するので、後に詳しく説明するように、下方弁体１０が流量を調節する大流量域と上方弁体１１が流量を調節する小流量域との間に中間流量域が設定され、その中間流量域においては、弁軸６の移動にかかわらず、通流する流体の流量が変化しないように設定されている。

つぎに、本発明による流量調節弁の作動とその流量調節につき、図２と図３を参照して説明する。なお、図３において、縦軸は流体の流量を示し、横軸は弁軸６（弁体１０、１１）の移動量を示し、横軸に記載のＡ〜Ｄは、図２の（Ａ）〜（Ｄ）に示す弁軸６（弁体１０、１１）の位置に対応する。
弁駆動手段７による駆動の基で、弁軸６が図２（Ａ）に示す最上方位置では、弁が全開となって最大流量の流体が通流する。その最上方位置から弁軸６が下方へ移動するに従って、下方弁体１０により開口部３を通流する流体の流量が調節されて低下し、弁軸６が図２（Ｂ）に示す位置、つまり、下方弁体１０の最大径ｃの部分が開口部３の最小径ａの部分に最も近接する位置に至る。この図２（Ｂ）に示す位置では、下方弁体１０と弁座２との間が最小開口面積を形成し、上方弁体１１と弁座２との間は、その最小開口面積と等しいか、または、最小開口面積より大きい開口面積を形成することになる。
そして、この図２（Ａ）から（Ｂ）までの調節領域が大流量域に対応し、下方弁体１０（大流量域弁部分８）が流量を調節し、弁軸６の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性（図３における傾斜角αが緩傾斜）を有している。

弁軸６が図２（Ｂ）から（Ｃ）までの調節領域では、下方弁体１０と上方弁体１１との間隔ｅ内に開口部３の最小径ａの部分が位置し、弁軸６の移動に対して実質的に流量変化のない中間流量域となり、その流量は、大流量域における最小流量と一致する。なお、図２（Ｃ）に示す位置では、上方弁体１１と弁座２との間が最小開口面積を形成し、下方弁体１０と弁座２との間は、その最小開口面積と等しいか、または、最小開口面積より大きい開口面積を形成することになる。
そして、図２（Ｃ）の位置から弁軸６が下方へ移動するに従って、上方弁体１１（小流量域弁部分９）により開口部３を通流する流体の流量が調節されて低下し、弁軸６が図２（Ｄ）に示す位置、つまり、上方弁体１１が開口部３を遮断する位置に至る。
この図２（Ｃ）から（Ｄ）までの調節領域が小流量域に対応し、上方弁体１１（小流量域弁部分９）が流量を調節し、弁軸６の単位移動量当りの流量変化が、下方弁体１０（大流量域弁部分８）による流量調節特性より流量変化が大きい流量調節特性（図３における傾斜角βが急傾斜）を有し、最終的に、開口部３を遮断するように構成され、この小流量域での最大流量が中間流量域での流量と位置する。

〔別実施形態〕
つぎに、別の実施形態について説明するが、重複説明を避けるため、先の実施形態で説明した構成および類似する構成については、同じ符号を付すことにより説明を省略し、主として先の実施形態と異なる構成について説明する。

（１）先の実施形態では、大流量域弁部分８と小流量域弁部分９が、下方弁体１０と上方弁体１１によりそれぞれ各別に形成された例を示したが、図４に示すように、大流量域弁部分８と小流量域弁部分９を単一の弁体１２に一体的に形成し、両弁部分８、９の間に間隔ｅを形成して実施することもできる。

（２）先の実施形態では、大流量域弁部分８が、流量変化の小さい流量調節特性を有し、小流量域弁部分９が、流量変化の大きい流量調節特性を有する例を示したが、逆に、大流量域弁部分８が、流量変化の大きい流量調節特性を有し、小流量域弁部分９が、流量変化の小さい流量調節特性を有するように構成することもできる。
また、中間流量域においては、弁軸６の移動にかかわらず、流量が変化しないように設定した例を示したが、中間流量域においても、弁軸６の移動に伴って流量が変化するように、換言すると、大流量域弁部分８と小流量域弁部分９に加えて、中間流量域弁部分を設けて実施することもできる。

２ 弁座
３ 弁座の開口部
６ 弁軸
８ 大流量域弁部分
９ 小流量域弁部分
１０、１１ 弁体
ｅ 大流量域弁部分と小流量域弁部分との間隔
Ｌ 開口部の中心線

Claims (6)

1. 単一の弁座と、その弁座の開口部の中心線上に位置して前記中心線に沿って移動自在に設けられる単一の弁軸と、その弁軸の移動に伴って前記開口部を通流する流体の流量を調節するように前記弁軸に設けられる弁部分とを備えている流量調節弁であって、
   前記弁部分が、異なる流量域で異なる流量調節特性を有する複数の弁部分により構成され、それら複数の弁部分が、前記弁軸の長手方向に間隔を置いて設けられている流量調節弁。
2. 前記複数の弁部分が、大流量域で流量を調節する大流量域弁部分と、前記大流量域より小さい小流量域で流量を調節する小流量域弁部分との２つの弁部分により構成されている請求項１に記載の流量調節弁。
3. 前記大流量域弁部分が、前記弁軸の単位移動量当りの流量変化が小さい流量調節特性を有し、前記小流量域弁部分が、前記大流量域弁部分の流量調節特性より流量変化が大きい流量調節特性を有している請求項２に記載の流量調節弁。
4. 前記弁軸の移動に対して流量変化のない中間流量域が、前記大流量域と小流量域の間に設定され、その中間流量域における流量が、前記大流量域における最小流量で、かつ、前記小流量域における最大流量である請求項２または３に記載の流量調節弁。
5. 前記小流量域弁部分が、前記開口部を遮断するように構成されている請求項２〜４のいずれか１項に記載の流量調節弁。
6. 前記複数の弁部分が、複数の弁体によりそれぞれ各別に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の流量調節弁。

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