JP2016050646A - 流量調整バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】流量や差圧の大小によらず、簡単な機構で直線的な制御が可能な流量調整バルブを提供する。
【解決手段】本発明にかかる流量調整バルブ１００の代表的な構成は、配管１０内に流れ方向に密接して配列された複数のブロック１１０と、ブロックを配管の軸を中心に相対的に回転させる回転機構とを備え、ブロックは配管をふさぐ円柱形状であり、ブロックにはそれぞれ流通口１１４が設けられていて、ブロックを回転機構によって相対的に回転させることにより、流通口同士が連通する開口部の面積および流路長が変化することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、気体や液体などの流体の流量を調整する流量調整バルブに関する。

流量調整バルブ（コンダクタンスバルブ）としては、従来から様々な機構のものが提案および提供されている。特に大気圧に近い領域でのコンダクタンスの制御は、バタフライバルブ、ゲートバルブ、グローブバルブなどを用いるのが一般的である。いずれも広く知られた機構であるため、代表的な構成について簡単に紹介する。

バタフライバルブは、短い円筒形の弁箱の中で円板状の弁体を回転させることにより流路を開閉するバルブである（例えば特許文献１）。開口部の面積を制御することでコンダクタンスを変え、結果として圧力差を生じさせて流量を制御する。開口部の面積が大きいため、差圧が小さい場合（大流量）に適している。

ゲートバルブ（仕切弁）は、円板状の弁体を流路に対して挿抜することにより流路を開閉するバルブである（例えば特許文献２）。開口部の面積を制御することでコンダクタンスを変え、結果として圧力差を生じさせて流量を制御する。差圧が小さい場合（大流量）に適している。

グローブバルブは、弁箱内に隔壁があり、隔壁に設けられた流通路に対して弁体を進退させることによって流路を開閉するバルブである（例えば特許文献３）。弁体を移動させることによって開口部の面積を制御し、コンダクタンスを変え、結果として圧力差を生じさせて制御する。弁体を針状にして流量を微調整可能にしたものをニードルバルブという。

特開平８−００４９０８号公報 特開平５−０１０４６０号公報 特開２００５−３３７４４９号公報

バタフライバルブは円板状の弁体を回転させる構造であるから、開口部の形状が三日月状である。また、弁体を回転させても開口部の面積しか変化せず、流路長は変化しない。このため開口部の面積が小さい領域で弁体の回転角度に対して直線的な応答を示すことができず、流量制御の応答性がよくないという問題がある。また、弁体が板状であるため漏れが生じやすく、差圧が大きい箇所には不向きである。

ゲートバルブもバタフライバルブと同様に、開口部の形状が三日月状である。また、弁体を回転させても開口部の面積しか変化せず、流路長は変化しない。このため開口部の面積が小さい領域での流量制御の応答性がよくないという問題がある。また、弁体が板状であるため、流れによって弁体が振動を生じやすいために、基本的には全開または全閉で運用される。

グローブバルブは開口部の形状が環状であり、また開口部の面積と流路長が同時に変化するため、弁体の移動量に対して比較的直線的な応答を示す。しかしながらグローブバルブは、バルブ内の流路がＳ字型であるため、圧力損失が大きくなってしまう。このため、差圧が大きい場合（小流量）は適するが、バルブの上流と下流の圧力差が小さい箇所には不向きである。また、流路が狭いため、大流量には不向きである。

上記のように、各種のバルブはそれぞれ得手不得手がある。そこで本発明は、流量や差圧の大小によらず、簡単な機構で直線的な制御が可能な流量調整バルブ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、本発明にかかる流量調整バルブの代表的な構成は、配管内に流れ方向に密接して配列された複数のブロックと、ブロックを配管の軸を中心に相対的に回転させる回転機構とを備え、ブロックは配管をふさぐ円柱形状であり、ブロックにはそれぞれ流通口が設けられていて、ブロックを回転機構によって相対的に回転させることにより、流通口同士が連通する開口部の面積および流路長が変化することを特徴とする。なお、流路長とは複数のブロックの流通口をつなげた経路全体の長さである。

上記の構成によれば、開口部の面積および流路長が変化することから、ブロックの回転角度に対して応答性のよい直線的な制御を行うことができる。またブロックが薄板ではなく、経路が直線的で圧力損失も小さいので、差圧の大小に対する不得手はない。機構としては、流通口が設けられたブロックを並べるという簡単な構造である。このため、流量や差圧の大小によらず、簡単な機構で直線的な制御が可能な流量調整バルブを提供することができる。

回転機構は、ブロックのそれぞれに埋設され互いに引力を及ぼす磁石と、複数のブロックのうち一端のブロックを回転させる軸とを有していて、複数のブロックのうち他端のブロックを回転しないように固定し、両端以外のブロックは自由回転可能としてあり、磁石は各ブロックの流通口の位置が揃っている状態で引力が最も強くなる位置に配置されていて、一端のブロックを軸によって回転させると、磁石の引力によって両端以外のブロックが順に連れ回るよう構成してもよい。これにより、一端のブロックを回転させるだけで、複数のブロックの流通口を少しずつ、おおむね均等にずらすことができる。

回転機構は、ブロックのそれぞれに埋設され該ブロックの半径方向外側に向かって磁力を及ぼす磁石と、ブロックの磁石と引き合い、配管の外側を円周方向に移動して該ブロックの角度を調整可能な位置決め用磁石と、を有していてもよい。これにより、配管（弁箱）の外部からブロックの回転角度を調整することができる。

回転機構は、複数のブロックを自由回転可能に支持する軸と、軸に取り付けられたキーとを有し、複数のブロックの軸穴には、溝の幅が順に異なるキー溝が形成されていてもよい。軸を回転させると、複数のブロックにおいて順にキーがキー溝の内壁にあたって回転を開始する。これにより、簡単な機構で確実に複数のブロックの流通口を順にずらすことができる。

本発明によれば、流量や差圧の大小によらず、簡単な機構で直線的な制御が可能な流量調整バルブを提供することができる。

実施形態にかかる流量調整バルブの原理について説明する図である。 ブロック単体について説明する図である。 流量調整バルブの流路長について説明する図である。 第１実施形態の回転機構について説明する図である。 流量調整バルブの第２実施形態を説明する図である。 流量調整バルブの第３実施形態を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は本実施形態にかかる流量調整バルブの原理について説明する図である。図１に示すように、流量調整バルブ１００は、配管１０内に配置された複数のブロック１１０と、ブロック１１０を配管１０の軸を中心に相対的に回転させる回転機構（後述）から構成される。複数のブロック１１０は、配管内に流れ方向に密接して配列されている。複数のブロック１１０は３個以上が好ましく、本実施形態では６個を配列して図示している。

図２はブロック単体について説明する図である。図２および図１に示すように、ブロック１１０は、配管１０をふさぐ円柱形状である。ブロック１１０は中央に軸穴１１２を有し、またそれぞれに流通口１１４が設けられている。そして図１に示すように、ブロック１１０を回転機構によって相対的に回転させることにより、流通口１１４同士が連通する開口部（図１のハッチング部分）の面積が変化する。そして、複数のブロック１１０を順にそれぞれ回転させることにより、流路長が変化する。「相対的に回転」とは、隣接するブロックのどちら側を回転させても良いことを意味している。なお本実施形態では流通口１１４を円形で図示しているが、他に四角や多角形、長穴、円弧などであってもよい。また、流通口の数量は必ずしも一個である必要は無く、複数あってもよいが、回転によって別の流通口と接続しない設計的な配慮が必要である。

図３は流量調整バルブの流路長について説明する図である。流路長とは複数のブロック１１０の流通口１１４をつなげた経路全体の長さである。まず図３（ａ）に示すように、流通口１１４の位置が揃っている場合、経路は直線になる。このときの開口部の面積Ａ０は流通口１１４の断面積に等しく、経路長Ｌ０は全てのブロック１１０の厚みを足した長さに等しい。

次に図３（ｂ）に示すように複数のブロック１１０を順に回転させたとき、流体の経路は螺旋を描くことになる（螺旋については図１参照）。実効的な流路Ｆを破線とハッチングで示している。なお図３（ｂ）は概念的な説明図であって、断面図ではない。この流路の断面積は隣接するブロック１１０同士の開口部の面積Ａ１となり、経路長Ｌ１は全ての流通口１１４を連結した螺旋の長さとなり、初期の経路長Ｌ０よりも長くなる。そして回転角度を大きくするほど開口部の面積Ａ１が小さくなると同時に経路長Ｌ１が長くなる。

上記の構成によれば、開口部の面積および流路長が変化することから、ブロック１１０の回転角度に対して応答性のよいコンダクタンスの制御を行うことができる。開口部の形状が三日月状ではなく、紡錘形をしているため、開口部の面積が小さい領域でもブロック１１０（弁体）の回転角度に対して直線的な応答を示すことができる。流通口１１４の位置を揃えれば開口部の面積を大きく取れるため、差圧が小さくても大流量を流すことが可能である。ブロック１１０が薄板ではなく、経路が直線的で圧力損失も小さいので、差圧の大小に対する不得手はない。さらに流量調整バルブ１００は、機構としては、流通口１１４が設けられたブロック１１０を並べるという簡単な構造である。これらのことから、本発明にかかる流量調整バルブ１００は、流量や差圧の大小によらず、簡単な機構で直線的な制御が可能である。

図４は第１実施形態の回転機構について説明する図である。回転機構は、図４（ａ）に示すようにブロック１１０のそれぞれに埋設され互いに引力を及ぼす磁石１１６と、図４（ｂ）に示すようにブロック１１０の中心に挿通される軸１２０とを有している。配管１０（弁箱）は曲がっていて、軸の一端が配管１０の屈曲部から外部に突出し、ハンドル１２２が取り付けられている。軸１２０の先端にはキー１２４が取り付けられていて、複数のブロック１１０のうち一端のブロック１１０ａ（図４（ｂ）では左端のブロック）を軸とともに回転させる。軸１２０の先端には、ブロック１１０ａおよびキー１２４の脱落を防止する固定リング１２６が取り付けられている。

また軸１２０は配管１０に固定されたスリーブ１２８に挿通されていて、複数のブロック１１０のうち他端のブロック１１０ｆ（図８（ｂ）では右端のブロック）をスリーブ１２８に固定している。これにより、軸１２０が回転してもブロック１１０ｆは回転しない。両端以外のブロック１１０ｂ〜ｅは軸１２０に自由回転可能に取り付けられている。

磁石１１６は各ブロック１１０の流通口１１４の位置が揃っている状態で引力が最も強くなる位置に配置されている。すなわち、各ブロック１１０において流通口１１４と磁石１１６の位置関係は同じである。各磁石１１６の磁力線の方向は配管１０の軸と平行に向いている。

図４（ｃ）に示すように、上記の構成で一端のブロック１１０ａを軸１２０によって回転させると、磁石１１６の引力によって両端以外のブロック１１０ｂ〜ｅが順に連れ回る。これにより、一端のブロック１１０ａを回転させるだけで、複数のブロック１１０ａ〜ｆの流通口を少しずつ、おおむね均等にずらすことができる。

［第２実施形態］
図５は本発明にかかる流量調整バルブ１００の第２実施形態を説明する図である。図１〜４に示した第１実施形態とは回転機構が異なっており、ブロック１１０の基本的な構成および原理は同じである。

図５（ａ）に示すように、第２実施形態にかかる回転機構は、ブロック１１０のそれぞれに埋設された磁石１３０と、配管１０の外側に配置された位置決め用磁石１３２とから構成される。磁石１３０はブロック１１０の外周近傍にあり、磁力線の方向はブロック１１０の半径方向外側に向かっている。

位置決め用磁石１３２は磁力線の方向が配管１０の中心に向かっていて、ブロック１１０に埋設された磁石１３０と引き合う。また図５（ｂ）に示すように、配管１０の外周には位置決め用磁石１３２を支持するフレーム１３４が取り付けられている。フレーム１３４には位置決め用磁石１３２を配管１０の外周を円周方向に移動させるためのスリットが形成されていて、このスリットに位置決め用磁石１３２が摺動可能に取り付けられている。

上記構成により、位置決め用磁石１３２を配管１０の外側において円周方向に移動させると、配管内部のブロック１１０が磁石１３０、１３２の引力によって回転する。すなわち、位置決め用磁石１３２の位置調整によって、配管１０（弁箱）の外部からブロック１１０の回転角度を調整可能である。

［第３実施形態］
図６は本発明にかかる流量調整バルブ１００の第３実施形態を説明する図である。図１〜４に示した第１実施形態とは回転機構が異なっており、ブロック１１０の基本的な構成および原理は同じである。

図６（ａ）に示すように、第３実施形態にかかる回転機構は、複数のブロックを自由回転可能に支持する軸１４２と、軸１４２に取り付けられた長尺のキー１４６とを有している。キー１４６の長さは、全てのブロック１１０ａ〜ｆにわたる長さである。軸１４２の一端には、ハンドル１４４が取り付けられている。

一方、図６（ｂ）に示すように、複数のブロック１１０ａ〜ｆの軸穴１１２には、溝の幅が順に異なるキー溝１４０ａ〜ｆが形成されている。ブロック１１０ａのキー溝１４０ａはキー１４６とほぼ等幅であって、ブロック１１０ａは軸１４２と共に回転する。次のブロック１１０ｂのキー溝１４０ｂはキー１４６よりも幅が広く、軸１４２の回転に対して所定角度（例えば５°〜１５°程度）の遊びがある。同様にして、キー溝１４０ｃ〜ｆは、次第に幅が広く形成されている。それぞれのキー溝１４０ａ〜ｆは、一方の内壁（図６では左側の内壁）が揃ったときに流通口１１４の位置が揃うように角度を設定されている。

上記構成により、図６（ｃ）に示すように、軸１４２を左に回転させると、全てのブロック１１０の流通口１１４が揃う。次に、軸１４２を右に回転させると、複数のブロック１１０のうちキー溝１４０ｂ〜ｆの幅の狭いものから順にキー１４６がキー溝１４０ｂ〜ｆの内壁にあたって回転を開始する。そして最終的には図６（ｄ）に示すように、複数のブロック１１０の流通口１１４を少しずつ、おおむね均等にずらすことができる。これにより、簡単な機構で確実に複数のブロック１１０の流通口１１４を順にずらすことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、気体や液体などの流体の流量を調整する流量調整バルブとして利用することができる。

１０…配管、１００…流量調整バルブ、１１０…ブロック、１１２…軸穴、１１４…流通口、１１６…磁石、１２０…軸、１２２…ハンドル、１２４…キー、１２６…固定リング、１２８…スリーブ、１３０…磁石、１３２…位置決め用磁石、１３４…フレーム、１４０…キー溝、１４２…軸、１４４…ハンドル、１４６…キー

Claims (4)

1. 配管内に流れ方向に密接して配列された複数のブロックと、
   前記ブロックを配管の軸を中心に相対的に回転させる回転機構とを備え、
   前記ブロックは前記配管をふさぐ円柱形状であり、前記ブロックにはそれぞれ流通口が設けられていて、
   前記ブロックを前記回転機構によって相対的に回転させることにより、前記流通口同士が連通する開口部の面積および流路長が変化することを特徴とする流量調整バルブ。
2. 前記回転機構は、前記ブロックのそれぞれに埋設され互いに引力を及ぼす磁石と、前記複数のブロックのうち一端のブロックを回転させる軸とを有していて、
   前記複数のブロックのうち他端のブロックを回転しないように固定し、
   両端以外のブロックは自由回転可能としてあり、
   前記磁石は各ブロックの流通口の位置が揃っている状態で引力が最も強くなる位置に配置されていて、
   前記一端のブロックを前記軸によって回転させると、前記磁石の引力によって両端以外のブロックが順に連れ回ることを特徴とする請求項１に記載の流量調整バルブ。
3. 前記回転機構は、
   前記ブロックのそれぞれに埋設され該ブロックの半径方向外側に向かって磁力を及ぼす磁石と、
   前記ブロックの磁石と引き合い、前記配管の外側を円周方向に移動して該ブロックの角度を調整可能な位置決め用磁石と、を有することを特徴とする請求項１に記載の流量調整バルブ。
4. 前記回転機構は、
   前記複数のブロックを自由回転可能に支持する軸と、
   前記軸に取り付けられたキーとを有し、
   前記複数のブロックの軸穴には、溝の幅が順に異なるキー溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整バルブ。

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