JP2018120427A - ガバナ - Google Patents

Abstract

【課題】制御圧力が異常上昇しても、プラグが異常に開くことを防ぐ。
【解決手段】二次圧力を感知する二次圧室２０３と、制御圧を受ける制御圧室２０４と、ダイヤフラム及びプレート２０２２から成り、二次圧室２０３と制御圧室２０４とを分断するダイヤフラムプレートアセンブリと、プレート２０２２に設けられた貫通孔２０８と、貫通孔２０８との間で軸方向に沿った隙間を形成し、一端が二次圧室２０３内に露出する軸部２０９１、及び、当該軸部２０９１の他端側に設けられ当該隙間を塞ぐ弁体２０９２を有する弁２０９と、弁体２０９２が上記隙間を塞ぐ方向に弁２０９を付勢するスプリング２１１とを備えた。
【選択図】図９

Description

この発明は、一次側配管と二次側配管との間に設けられ、二次側配管の流量の変化に関わらず二次側配管内の圧力を一定に保つガバナに関する。

レギュレータは、ガバナを有し、一次側配管内の圧力（一次圧力）に対して二次側配管内の圧力（二次圧力）を減圧する機器であり、二次側配管内の流量の変化に関わらず二次圧力を一定に保つ機能を有している。このレギュレータには、直動式とパイロット式がある（例えば特許文献１，２参照）。

直動式のレギュレータでは、ガバナに、二次側配管内の流体が流入されて二次圧力を感知する二次圧室と、空気が流入されて大気圧を感知する大気圧室とが、ダイヤフラムを挟んで設けられている。また、ダイヤフラムには、一端にプラグを有するスピンドル軸の他端が連結されている。そして、ダイヤフラムが二次圧力の変化により歪むことで、スピンドル軸を介してプラグが上下に移動し、一次側配管と二次側配管との間の流路が開閉する。これにより、一次側配管から二次側配管への流出量が調整され、二次圧力を一定に保つ。

一方、パイロット式のレギュレータでは、ガバナで二次圧力と比較する圧力として、大気圧ではなく、一次圧力を減圧して生成した二次圧力以上の制御圧力を用いる。このレギュレータでは、ガバナの前段に、一次圧力を減圧して制御圧力を生成してガバナに供給するパイロットレギュレータを設けている。

特開２００２−１３２３５２号公報 米国特許出願公開第２００３／００９８０７１号明細書

しかしながら、従来のパイロット式のレギュレータでは、パイロットレギュレータの故障により、制御圧力が異常上昇して所定圧力よりも過大になると、ガバナのプラグが異常に開いてしまうという課題がある。その結果、一次側配管内の流体が二次側配管へ過大に供給されてしまい、二次圧力が異常上昇してしまう。
また、異常上昇した制御圧力がガバナに流入することで、ダイヤフラムが破損してしまい、ガバナ自体が故障してしまう恐れがある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、制御圧力が異常上昇しても、プラグが異常に開くことを防ぐことができるガバナを提供することを目的としている。

この発明に係るガバナは、二次側配管内の圧力を感知する感圧室と、制御圧を受ける制御圧室と、ダイヤフラム及びプレートから成り、感圧室と制御圧室とを分断するダイヤフラムプレートアセンブリと、プレートに設けられた貫通孔と、貫通孔との間で軸方向に沿った隙間を形成し、一端が感圧室内に露出する軸部、及び、当該軸部の他端側に設けられ当該隙間を塞ぐ弁体を有する弁と、弁体が隙間を塞ぐ方向に弁を付勢するスプリングとを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、制御圧力が異常上昇しても、プラグが異常に開くことを防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係るレギュレータの構成例を示す図である（ガス使用時）。 この発明の実施の形態１に係るレギュレータの構成例を示す図である（ガス停止時）。 この発明の実施の形態１に係る一次減圧パイロットの構成例を示す図である（ガス使用時）。 この発明の実施の形態１に係る一次減圧パイロットの構成例を示す図である（ガス停止時）。 この発明の実施の形態１に係るメインパイロットの構成例を示す図である（ガス使用時）。 この発明の実施の形態１に係るメインパイロットの構成例を示す図である（ガス停止時）。 この発明の実施の形態１に係るメインガバナの構成例を示す図である（ガス使用時）。 この発明の実施の形態１に係るメインガバナの構成例を示す図である（ガス停止時）。 この発明の実施の形態１に係るメインガバナの開度制限機構の構成例を示す図である（正常時）。 この発明の実施の形態１に係るメインガバナの開度制限機構の構成例を示す図である（異常時）。 この発明の実施の形態１における弁の軸部及び流通路の構成例を示す上面図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１，２はこの発明の実施の形態１に係るレギュレータの構成例を示す図である。
レギュレータは、一次側配管５内の圧力（一次圧力）に対して二次側配管６内の圧力（二次圧力）を減圧する機器であり、二次側配管６内を流れる流体の流量の変化に関わらず二次圧力を一定に保つ機能を有している。このレギュレータはパイロット式である。また以下では、一次側配管５及び二次側配管６内を流れる流体がガスであるとする。
このレギュレータは、図１，２に示すように、パイロットレギュレータ１及びメインガバナ（ガバナ）２を備えている。図１，２では、パイロットレギュレータ１は、一次減圧パイロット３及びメインパイロット４を備えている。

一次減圧パイロット３は、二次圧力を感知し、一次圧力を圧力源としてメインパイロット４の圧力源を調圧（整圧）する。この一次減圧パイロット３により、一次圧力を、メインパイロット４で制御しやすい圧力まで減圧する。
メインパイロット４は、二次圧力を感知し、一次減圧パイロット３により調圧された圧力を圧力源として、メインガバナ２の制御圧力を調圧する。制御圧力は、一次圧力より低く、二次圧力以上の圧力である。
メインガバナ２は、二次圧力を感知し、メインパイロット４により調圧された制御圧力を受けてプラグ２０６の開度を調整し、二次側配管６内の圧力を調圧する。なお、プラグ２０６は、一次側配管５と二次側配管６との間の流路の大きさを制御する部材である。

次に、一次減圧パイロット３の構成例について、図３，４を参照しながら説明する。
一次減圧パイロット３のケース３０１内には、二次側配管６から分岐された導圧管７（図１，２参照）に連通する二次圧室（感圧室）３０２が設けられている。また、ケース３０１内には、一次側配管５から分岐された導圧管８（図１，２参照）に連通する一次圧室３０３が設けられている。また、ケース３０１内には、導圧管９（図１，２参照）に連通する一次減圧室３０４が設けられている。また、ケース３０１内には、一次圧室３０３と一次減圧室３０４とを連通する貫通孔３０６を有し、直動することで貫通孔３０６を開閉するピストン３０５が設けられている。また、ピストン３０５を、貫通孔３０６を開く方向に付勢するスプリング３０７が設けられている。

次に、メインパイロット４の構成例について、図５，６を参照しながら説明する。
このメインパイロット４のケース４０１内には、対向配置されたダイヤフラムプレートアセンブリ４０２，４０３が設けられている。ダイヤフラムプレートアセンブリ４０２，４０３は、それぞれ、中空円盤状のダイヤフラム４０２１，４０３１と、当該ダイヤフラム４０２１，４０３１の中空部分に設けられ、当該ダイヤフラム４０２１，４０３１の内周部分を挟み込むプレート４０２２，４０３２とから成る。また、ケース４０１内には、ダイヤフラムプレートアセンブリ４０２により分断され、導圧管７に連通する二次圧室（感圧室）４０４が設けられている。また、ケース４０１内には、一次減圧パイロット３の一次減圧室３０４と導圧管９を介して連通する一次減圧室４０５が設けられている。また、ケース４０１内には、ダイヤフラムプレートアセンブリ４０２，４０３により分断され、導圧管１０（図１，２参照）に連通する制御圧室４０６が設けられている。また、ケース４０１内には、一次減圧室４０５と制御圧室４０６とを連通するオリフィス４０７が設けられている。また、ケース４０１内には、二次圧室４０４内の二次圧力によるダイヤフラムプレートアセンブリ４０２の付勢方向とは反対方向に付勢するスプリング４０８が設けられている。また、プレート４０２２には、ダイヤフラムプレートアセンブリ４０２が移動することで、オリフィス４０７を開閉するポペット４０９が設けられている。また、ケース４０１内には、制御圧室４０６と導圧管７とを連通する排気オリフィス４１０が設けられている。

次に、メインガバナ２の構成例について、図７，８を参照しながら説明する。
このメインガバナ２のケース２０１内には、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２が設けられている。ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２は、中空円盤状のダイヤフラム２０２１と、当該ダイヤフラム２０２１の中空部分に設けられ、当該ダイヤフラム２０２１の内周部分を挟み込むプレート２０２２とから成る。また、ケース２０１内には、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２により分断され、導圧管７に連通する二次圧室（感圧室）２０３が設けられている。また、ケース２０１内には、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２により分断され、メインパイロット４の制御圧室４０６と導圧管１０を介して連通する制御圧室２０４が設けられている。また、ケース２０１内には、一端がプレート２０２２に連結され、プレート２０２２の移動に伴って直動するステム２０５が設けられている。また、ステム２０５の他端には、ステム２０５の移動に伴って一次側配管５と二次側配管６との間の流路を開閉するプラグ２０６が連結されている。また、ケース２０１内には、プラグ２０６を閉じる方向に付勢するスプリング２０７が設けられている。

以上までのレギュレータの構成は、従来構成と同様である。
一方、実施の形態１に係るレギュレータでは、メインガバナ２に、制御圧室２０４内の圧力が異常上昇した場合にプラグ２０６の開度を制限する開度制限機構が設けられている。この開度制限機構は、図７〜１１に示すように、貫通孔２０８、弁２０９、開度制限ねじ（突起部）２１０及びスプリング２１１を備えている。

貫通孔２０８は、プレート２０２２に設けられ、二次圧室２０３と制御圧室２０４とを連通する。図７〜１１では、貫通孔２０８は、プレート２０２２の軸心に設けられており、ステム２０５からプレート２０２２に渡って形成されている。

弁２０９は、貫通孔２０８内で直動可能に設けられている。この弁２０９は、軸部２０９１及び弁体２０９２から成る。軸部２０９１は、貫通孔２０８との間で軸方向に沿った隙間２１２を形成し、一端が二次圧室２０３内に露出する。また、弁体２０９２は、軸部２０９１の他端側に設けられ上記隙間２１２を塞ぐ。
図７〜１１では、軸部２０９１が角に丸みを有する四角柱形であり、弁体２０９２が円盤形である場合を示している。これにより、貫通孔２０８と弁２０９の軸部２０９１との間に、隙間２１２が形成される。そして、弁体２０９２により上記隙間２１２が塞がれている場合には、二次圧室２０３と制御圧室２０４とは連通しないが、弁２０９が直動して弁体２０９２が開くことで、二次圧室２０３と制御圧室２０４とが隙間２１２を介して連通する。

開度制限ねじ２１０は、二次圧室２０３に設けられ、弁２０９に対向配置されている。図７，８では、開度制限ねじ２１０は、ケース２０１の外部からねじ締め可能に構成されており、ねじ締めにより弁２０９との間の距離が可変に構成されている。なお、開度制限ねじ２１０は、二次圧室２０３内の圧力が外部に放出されないようにシールされている。この開度制限ねじ２１０は、制御圧室２０４内の圧力が正常である場合には弁２０９には当接せず、制御圧室２０４内の圧力が異常上昇した場合にダイヤフラムプレートアセンブリ２０２の上昇によって弁２０９が当接して当該弁２０９を押し込む。

スプリング２１１は、弁体２９０２が隙間２１２を塞ぐ方向に弁２０９を付勢する。
また、プレート２０２２は、貫通孔２０８が形成される部位に、二次圧室２０３側に突出した突出部２０２３を有している。そして、突出部２０２３には、貫通孔２０８を二次圧室２０３に連通する流通路２０２４が設けられている。なお図１１では流通路２０２４を１本設けた場合を示したが、これに限らず、流通路２０２４の本数及び形状は任意に設計可能である。

次に、実施の形態１に係るレギュレータの動作例について説明する。まず、図１に示すようにガスの使用量が増えた場合を説明する。
ガスの使用量が増えると、二次側配管６の圧力が設定圧より低下し、導圧管７を通じて、一次減圧パイロット３の二次圧室３０２内の圧力、メインパイロット４の二次圧室４０４内の圧力及びメインガバナ２の二次圧室２０３内の圧力がそれぞれ低下する。

ここで、図５に示すように、メインパイロット４は、二次圧室４０４内の圧力を受けたダイヤフラムプレートアセンブリ４０２の力とスプリング４０８の力とのバランスで動作する。そして、二次圧室４０４内の圧力が低下するとスプリング４０８の力の方が大きくなるため、ポペット４０９が図中上方へ動き、オリフィス４０７が開く。これにより、一次減圧室４０５からオリフィス４０７を介して制御圧室４０６へ流れるガスの流量が増加する。その結果、制御圧室４０６の圧力が上昇し、導圧管１０内で連通したメインガバナ２の制御圧室２０４内の圧力も上昇する。
また、図３に示すように、一次減圧パイロット３では、二次圧室３０２内の圧力及びスプリング３０７の力と一次減圧室３０４内の圧力とのバランスでピストン３０５を動作させる。そして、メインパイロット４のオリフィス４０７が開くと、一次減圧室３０４内のガスが一次減圧室４０５へ流れ込み、一次減圧室３０４内の圧力が低下するため、ピストン３０５が図中上方へ動き、貫通孔３０６が開く。これにより、一次圧室３０３から貫通孔３０６を介して一次減圧室３０４へ流れるガスの流量が増加する。

そして、図７に示すように、メインガバナ２の制御圧室２０４内の圧力が上昇すると、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２が上昇し、ステム２０５も上昇する。これにより、ステム２０５に連結されたプラグ２０６が上昇し、一次側配管５と二次側配管６との間の流路が開く。その結果、一次側配管５から二次側配管６へ流れるガスの流量が増加し、二次側配管６内の圧力が上昇する。

次に、図２に示すようにガスの使用量が減った場合を説明する。
ガスの使用量が減ると、二次側配管６内の圧力が設定値よりも上昇し、導圧管７を通じて、一次減圧パイロット３の二次圧室３０２内の圧力、メインパイロット４の二次圧室４０４内の圧力及びメインガバナ２の二次圧室２０３内の圧力がそれぞれ上昇する。

そして、図６に示すように、メインパイロット４では、二次圧室４０４内の圧力が上昇するとスプリング４０８の力の方が小さくなるため、ポペット４０９が図中下方へ動き、オリフィス４０７が閉じる。これにより、一次減圧室４０５からオリフィス４０７を介して制御圧室４０６へ流れるガスの流量が減少する。その結果、制御圧室４０６の圧力が低下し、導圧管１０内で連通したメインガバナ２の制御圧室２０４内の圧力も低下する。
また、図４に示すように、一次減圧パイロット３では、メインパイロット４のオリフィス４０７が閉じると、一次減圧室４０５内のガスが制御圧室４０６へは流れず、一次減圧室３０４内の圧力が上昇するため、ピストン３０５が図中下方へ動き、貫通孔３０６が閉じる。これにより、一次圧室３０３から貫通孔３０６を介して一次減圧室３０４へ流れるガスの流量が減少する。

そして、図８に示すように、メインガバナ２の制御圧室２０４内の圧力が低下すると、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２が下降し、ステム２０５も下降する。これにより、ステム２０５に連結されたプラグ２０６が下降し、一次側配管５と二次側配管６との間の流路を閉じる。その結果、一次側配管５から二次側配管６へ流れるガスの流量が減少し、二次側配管６内の圧力が低下する。
以上の動作を繰り返すことで、二次側配管６内の圧力を設定圧に調整できる。

次に、パイロットレギュレータ１が故障し、制御圧力が異常上昇した場合を説明する。
パイロットレギュレータ１が故障して制御圧力が異常上昇すると、導圧管１０で連通したメインガバナ２の制御圧室２０４内の圧力も異常上昇する。
そして、制御圧室２０４内の圧力が異常上昇すると、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２が上昇する。しかしながら、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２の上昇量が弁２０９と開度制限ねじ２１０との間の距離以上となると、図１０に示すように、開度制限ねじ２１０に弁２０９が当接して押し込まれる。これにより、弁２０９が開き、制御圧室２０４と二次圧室２０３とが貫通孔２０８及び流通路２０２４を介して連通する。よって、制御圧室２０４から二次圧室２０３へガスが流れ込み、制御圧室２０４内の圧力の上昇を抑えることができる。その結果、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２の異常上昇を抑え、プラグ２０６が異常に開くことを抑えることができる。

このように、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２が既定値以上に上昇した際に弁２０９が開度制限ねじ２１０に当接して押し込まれることで、機械的にプラグ２０６の上昇を制限すると同時に、弁２０９が開いて制御圧室２０４と二次圧室２０３とを連通することで制御圧力の上昇を抑え、圧力バランス的にもプラグ２０６の上昇を抑える。また、ダイヤフラムプレートアセンブリ２０２の異常上昇（片圧）による破損を防ぐこともできる。

なお、開度制限機構は、弁２０９が開度制限ねじ２１０に当接して押し込まれることで開いて制御圧室２０４と二次圧室２０３とを連通し、弁２０９が開度制限ねじ２１０から離れるとスプリング２１１による力によって閉じて制御圧室２０４と二次圧室２０３との連通を閉じる構成であればよく、形状は図以外の形状でもよい。

また上記では、突起部として、弁２０９との間の距離を自由に変更可能な開度制限ねじ２１０を設けた場合を示した。しかしながら、これに限らず、突起部の突出量を固定（弁２０９との間の距離を固定）としてもよい。

また上記では、開度制限機構に開度制限ねじ２１０を設けた場合を示した。しかしながら、これに限らず、開度制限ねじ２１０を設けず、弁２０９を二次圧室２０３の上壁に当接させるようにしてもよい。

また上記では、プレート２０２２に突出部２０２３を設け、突出部２０２３に貫通孔３０６と二次圧室２０３とを連通する流通路２０２４を設けた場合を示した。しかしながら、二次圧室２０３に開度制限ねじ２１０等の突起部を設ける場合には、突出部２０２３及び流通路２０２４は設けなくてもよい。なお、弁２０９を二次圧室２０３の上壁に当接させる場合には、弁２０９が開いた際の二次圧室２０３と制御圧室２０４との間の流路確保のため、突出部２０２３及び流通路２０２４が必要となる。

また上記では、貫通孔２０８をプレート２０２２の軸心に設けた場合を示した。しかしながら、これに限らず、貫通孔２０８は、プレート２０２２の軸心からずれた位置に設けてもよい。なおこの場合には、ダイヤフラム２０２１に対向しない箇所に貫通孔２０８を設ける必要がある。なお、二次圧室２０３及び制御圧室２０４を構成するケース部分は上下で別体（ダイヤフラム上ケースとダイヤフラム下ケース）であるため、貫通孔２０８はプレート２０２２の軸心に設けた方が、弁２０９と開度制限ねじ２１０との位置決めが容易であり、メインガバナ２の組付け上有利である。

また上記では、弁２０９の軸部２０９１が四角柱形である場合を示した。しかしながら、これに限らず、貫通孔２０８との間で隙間２１２が形成できる形状であればよく、三角柱形又は五角柱形等の多角柱形でもよい。なお、軸部２０９１を四角柱形とすることで、弁２０９の作製が容易となる。

また上記では、パイロットレギュレータ１が、一次減圧パイロット３及びメインパイロット４を備えている場合を示した。しかしながら、これに限らず、二次圧力に対して一次圧力がそれほど高くない場合には、パイロットレギュレータ１は、メインパイロット４のみを備えていてもよい。この場合、メインパイロット４では、二次圧力を感知し、一次圧力を圧力源として、メインガバナ２の制御圧力を調圧する。

以上のように、この実施の形態１によれば、二次圧力を感知する二次圧室２０３と、制御圧を受ける制御圧室２０４と、ダイヤフラム２０２１及びプレート２０２２から成り、二次圧室２０３と制御圧室２０４とを分断するダイヤフラムプレートアセンブリ２０２と、プレート２０２２に設けられた貫通孔２０８と、貫通孔２０８との間で軸方向に沿った隙間２１２を形成し、一端が二次圧室２０３内に露出する軸部２９０１、及び、当該軸部２０９１の他端側に設けられ当該隙間２１２を塞ぐ弁体２０９２を有する弁２０９と、弁体２０９２が上記隙間２１２を塞ぐ方向に弁２０９を付勢するスプリング２１１とを備えたので、制御圧力が異常上昇しても、プラグ２０６が異常に開くことを防ぐことができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ パイロットレギュレータ
２ メインガバナ
３ 一次減圧パイロット
４ メインパイロット
５ 一次側配管
６ 二次側配管
７〜１０ 導圧管
２０１ ケース
２０２ ダイヤフラムプレートアセンブリ
２０３ 二次圧室（感圧室）
２０４ 制御圧室
２０５ ステム
２０６ プラグ
２０７ スプリング
２０８ 貫通孔
２０９ 弁
２１０ 開度制限ねじ（突起部）
２１１ スプリング
３０１ ケース
３０２ 二次圧室（感圧室）
３０３ 一次圧室
３０４ 一次減圧室
３０５ ピストン
３０６ 貫通孔
３０７ スプリング
４０１ ケース
４０２，４０３ ダイヤフラムプレートアセンブリ
４０４ 二次圧室（感圧室）
４０５ 一次減圧室
４０６ 制御圧室
４０７ オリフィス
４０８ スプリング
４０９ ポペット
４１０ 排気オリフィス
２０２１ ダイヤフラム
２０２２ プレート
２０２３ 突出部
２０２４ 流通路
２０９１ 軸部
２０９２ 弁体
４０２１，４０３１ ダイヤフラム
４０２２，４０３２ プレート

Claims (6)

1. 二次側配管内の圧力を感知する感圧室と、
   制御圧を受ける制御圧室と、
   ダイヤフラム及びプレートから成り、前記感圧室と前記制御圧室とを分断するダイヤフラムプレートアセンブリと、
   前記プレートに設けられた貫通孔と、
   前記貫通孔との間で軸方向に沿った隙間を形成し、一端が前記感圧室内に露出する軸部、及び、当該軸部の他端側に設けられ当該隙間を塞ぐ弁体を有する弁と、
   前記弁体が前記隙間を塞ぐ方向に前記弁を付勢するスプリングと
   を備えたガバナ。
2. 前記感圧室に設けられ、前記弁に対向した突起部を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のガバナ。
3. 前記突起部は、前記弁との間の距離が可変である
   ことを特徴とする請求項２記載のガバナ。
4. 前記プレートは、前記貫通孔が形成される部位が前記感圧室側に突出した突出部を有し、
   前記突出部に、前記貫通孔を前記感圧室に連通する流通路が設けられた
   ことを特徴とする請求項１記載のガバナ。
5. 前記プレートの軸心に設けられたステムを備え、
   前記貫通孔は、前記プレートの軸心に前記ステムに渡って形成された
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のガバナ。
6. 前記弁体は円盤形であり、
   前記軸部は多角柱形である
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のガバナ。

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