JP2019039461A - Flow regulating valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種流体の流量調整弁に関するものである。 The present invention relates to flow control valves for various fluids.
従来、下記特許文献1に開示されるように、バーナへのガス供給路に、二重の遮断弁と流量調整弁とが設けられたボイラが知られている。流量調整弁は、流路の途中にオリフィスが設けられ、そのオリフィスの軸方向(オリフィス穴の径方向と直交方向)にシャフトが進退可能とされ、そのシャフトの先端部には外周面がテーパ状に形成された弁体が設けられている。従って、オリフィス穴に対しシャフトにより弁体を進退させることで、オリフィス穴と弁体との隙間を増減させて、流量を調整することができる。
Conventionally, as disclosed in
この種の流量調整弁において、最大流量を大きく確保するには、オリフィス穴の径は大きい方が好ましいが、流量を絞るには、オリフィス穴の径は小さい方が好ましい。たとえば、ボイラへのガス流量の調整に用いる場合、高燃焼時の流量を確保するには、オリフィス穴の径は大きい必要があるが、低燃焼時まで流量を絞るためには、オリフィス穴の径は小さい必要がある。 In this type of flow rate adjusting valve, the diameter of the orifice hole is preferably large in order to ensure a large maximum flow rate, but the diameter of the orifice hole is preferably small in order to reduce the flow rate. For example, when used to adjust the gas flow rate to the boiler, the diameter of the orifice hole needs to be large in order to secure the flow rate at high combustion, but to reduce the flow rate until low combustion, the diameter of the orifice hole Need to be small.
オリフィス穴にシャフトを突入させるほど流量が増す構造の流量調整弁では、最大限に流量を確保した状態でも、オリフィス穴にシャフトが貫通した状態で残ることになる。そのため、オリフィス穴の径を変えずに、全開時における流路面積(オリフィス穴と弁体付きシャフトとの隙間面積)を大きくするには、シャフト径を細くしておくことも考えられる。その場合、ガス供給圧の受圧面積(図6に示すようにシャフト3´の軸方向と直交する面に投影した弁体への受圧面積S3)が大きくなってしまい、シャフトを進退させるモータにかかるトルクが大きくなり、脱調や摺動部の摩耗が大きくなる不都合がある。 In the flow rate adjusting valve having a structure in which the flow rate increases as the shaft enters the orifice hole, the shaft remains in the orifice hole even when the maximum flow rate is ensured. Therefore, in order to increase the flow path area (clearance area between the orifice hole and the valve-equipped shaft) when fully opened without changing the diameter of the orifice hole, it is conceivable to reduce the shaft diameter. In that case, the pressure receiving area of the gas supply pressure (the pressure receiving area S3 to the valve body projected on the surface orthogonal to the axial direction of the shaft 3 'as shown in FIG. 6) becomes large, and it is applied to the motor that advances and retracts the shaft. There is an inconvenience that the torque is increased, and step-out and wear of the sliding part are increased.
本発明が解決しようとする課題は、モータへの負担のないシャフト径を確保できると共に、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる流量調整弁を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a flow rate adjusting valve that can secure a shaft diameter without burden on the motor and can have a large flow path cross-sectional area when the opening degree is increased.
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、流入口と流出口とに開口する流路が形成されたボディと、前記流路の途中に設けられたオリフィスと、弁体を備え、オリフィス穴に対し進退して、前記オリフィス穴との隙間を増減させるシャフトを備え、前記シャフトには、前記弁体側の先端部を開口する中空穴が形成されると共に、この中空穴と前記流路との連通口が側壁に形成されており、前記シャフトの進退に伴い、前記流路に対する前記連通口の開口面積を変更可能とされたことを特徴とする流量調整弁である。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、オリフィス穴と弁体との隙間だけでなく、シャフト内の流路を介しても、流量を調整可能とされる。そのため、モータへの負担のないシャフト径を確保しつつ、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる。 According to the first aspect of the present invention, the flow rate can be adjusted not only through the clearance between the orifice hole and the valve body but also through the flow path in the shaft. Therefore, it is possible to increase the flow path cross-sectional area when the opening degree is increased while securing a shaft diameter without burden on the motor.
請求項2に記載の発明は、前記シャフトは、中空パイプから形成されることを特徴とする請求項1に記載の流量調整弁である。
The invention according to
請求項2に記載の発明によれば、シャフトとして中空パイプを用いることで、簡易に構成することができる。
According to invention of
請求項3に記載の発明は、前記シャフトの最大退避位置から押し出しに伴い、まずは前記連通口が閉鎖された状態で、前記オリフィス穴と前記弁体との隙間を増大させ、その後、前記連通口を開口させてその開口面積を増大させることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の流量調整弁である。
According to a third aspect of the present invention, as the shaft is pushed out from the maximum retracted position, first, the clearance between the orifice hole and the valve body is increased in a state where the communication port is closed, and then the communication port The flow regulating valve according to
請求項3に記載の発明によれば、比較的小流量域では、シャフト内の流路を用いずに、オリフィス穴と弁体との隙間の増減だけで、流量を容易に調整することができる。一方、比較的大流量域では、シャフト内の流路も用いることで、大流量の調整が可能となる。 According to the third aspect of the present invention, in a relatively small flow rate region, the flow rate can be easily adjusted only by increasing / decreasing the gap between the orifice hole and the valve element without using the flow path in the shaft. . On the other hand, in a relatively large flow rate region, a large flow rate can be adjusted by using a flow path in the shaft.
さらに、請求項4に記載の発明は、前記シャフトの押し出しに伴い前記連通口の流量が比例的に増加するように、前記連通口の形状が設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の流量調整弁である。
Furthermore, the invention according to
請求項4に記載の発明によれば、シャフトの押し出しに伴い連通口の流量が比例的に増加するので、使い勝手の良い流量調整弁となる。 According to the fourth aspect of the present invention, the flow rate of the communication port increases in proportion to the pushing out of the shaft, so that the flow rate adjusting valve is easy to use.
本発明によれば、モータへの負担のないシャフト径を確保できると共に、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる流量調整弁を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while being able to ensure the shaft diameter without the burden to a motor, the flow volume adjustment valve which can take the flow-path cross-sectional area when the opening degree is enlarged is realizable.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例の流量調整弁1を示す概略図であり、一部を断面にして示している。また、図2は、図1の一部を拡大して示す図である。
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view showing a
以下、説明の便宜上、図1の状態での上下および左右として方向をいうことがあるが、流量調整弁1の使用時の姿勢を限定する趣旨ではない。また、弁体2を可動させるシャフト3について、図1の下方を先端側、図1の上方を基端側ということがある。
Hereinafter, for convenience of description, directions may be referred to as up and down and left and right in the state of FIG. 1, but this is not intended to limit the posture of the flow
本実施例の流量調整弁1は、流路4が形成されたボディ5と、このボディ5内の流路4に設けられたオリフィス6と、このオリフィス6に対し弁体2を進退させるシャフト3と、このシャフト3を進退させる作動装置7とを備える。
The flow
ボディ5は、流入口4Aと流出口4Bとに開口する流路4が形成されて、オリフィス6や弁体2を収容する弁箱である。図示例では、ボディ5は、上方へ開口した中空部4Cを備え、その上部開口は蓋材8(作動装置7のケース下壁)で閉塞される。また、上下方向へ沿う中空部4Cと連通して、ボディ5には、上方の左側壁へ開口して流入口4Aが形成される一方、下方の右側壁へ開口して流出口4Bが形成されている。このようにして、ボディ5には、流入口4Aおよび流出口4Bを備えた中空部4Cにより、流路4が形成される。なお、流入口4Aおよび流出口4Bにおいて、ボディ5にはフランジ5A,5Bが形成されており、このフランジ5A,5Bを用いて、ボディ5を各種配管などに接続可能とされる。
The
ボディ5内の流路4には、前記中空部4Cの上下方向中央部に水平面と平行な環状のオリフィス取付部4Dが形成されている。このオリフィス取付部4Dに、オリフィス6の外周部が上方からねじ込まれるなどして、固定される。流入口4Aは、オリフィス取付部4Dよりも上方に形成され、流出口4Bは、オリフィス取付部4Dよりも下方に形成されている。
In the
オリフィス6は、オリフィス穴6Aが形成された環状の板材から形成されている。図示例では、オリフィス6の内周部(つまりオリフィス穴6A)は、上方へ行くに従って拡径するように、略円弧状に形成されている。
The
オリフィス穴6Aには、弁体2を備えたシャフト3が進退可能とされる。本実施例では、シャフト3は、先端面へ開口する中空パイプ(典型的には丸パイプ)から形成され、先端部の外周面に弁体2が固定されている。弁体2は、外周面がシャフト3の基端側(図1の上方)へ行くに従って縮径するように、テーパ状に形成されている。このテーパ面は、オリフィス穴6Aの形状との関係で、後述するように、シャフト3の押し出しに伴いオリフィス穴6Aとの隙間を介した流量が比例的に増加(逆にいえば、シャフト3の引き戻しに伴いオリフィス穴6Aとの隙間を介した流量が比例的に減少)する形状に形成されるのが好ましい。
A
シャフト3は、中空穴3Aが、先端部へ開口するが、基端部において閉塞されている。また、詳細は後述するが、シャフト3の側壁には、中空穴3Aと流路4との連通口3Bが形成されている(図3)。
In the
シャフト3は、ボディ5の蓋材8を気密に貫通すると共に、オリフィス穴6Aに対し進退可能に設けられる。図示例では、蓋材8には、ボディ5内へ突出して案内筒9が一体形成されており、その案内筒9の内穴にシャフト3が進退可能に通される。その際、案内筒9の内周面とシャフト3の外周面との隙間は、案内筒9の下端部に設けたOリング10のようなシール材により封止される。また、作動装置7内のモータ(図示省略)は、キャンド構造(つまりキャンドモータ)とされるので、流量調整弁1の使用時、流路4を通る流体が外部へ漏れ出るおそれはない。
The
作動装置7は、モータを備え、このモータの正逆回転により、シャフト3をボディ5内の中空部4C(言い換えればオリフィス穴6A)に対し、進退可能とされる。モータは、本実施例では、ステッピングモータとされ、制御器(図示省略)により制御される。制御器は、センサにより、少なくとも、弁の閉鎖位置(図2)での原点確認が可能とされる。
The
次に、本実施例の流量調整弁1の動作について説明する。なお、流量調整弁1に通される流体は、特に問わないが、ここでは気体である。たとえば、流量調整弁1は、バーナへのガス流量を調整するために用いられ、二重の遮断弁の下流に設けられる。この場合、流量調整弁1のボディ5は、流入口4Aが各遮断弁を介してガス供給源に接続され、流出口4Bがバーナに接続される。以下、流体は、ガスであるとして、説明するが、その他の流体の場合も同様である。
Next, the operation of the flow
図2から図4は、本実施例の流量調整弁1の使用状態を示す図であり、図2は、弁を最も閉じた状態(開度0%)、図3は、弁を中途まで開いた状態(たとえば開度75%)、図4は、弁を最も開いた状態(開度100%)を示している。なお、これらの図では、図1の流量調整弁1の主要部のみを拡大して示している。
FIGS. 2 to 4 are views showing a usage state of the flow
図2は、弁体2を作動装置7側へ最も引き戻した状態(シャフト3の最大退避位置)を示し、弁体2の下端部外周面が、オリフィス穴6Aの下端部内周面に、当接または近接する。この際、弁体2とオリフィス穴6Aとの隙間を完全になくして、流路4を全閉(流量をゼロに)してもよいが、本実施例では、この状態でも、弁体2とオリフィス穴6Aとの間に僅かな隙間が確保され、全閉不能な構成(最低流量でガスが漏れる構成)とされている。この場合、バーナへのガスの供給を完全に遮断するには、流量調整弁1と直列に設けられた遮断弁を閉鎖すればよい。なお、図2の状態では、シャフト3の連通口3B(図3)は、案内筒9の下端部(より詳細にはOリング10)よりも上方に配置され、シャフト3内の中空穴3Aにはガスは流れない。
FIG. 2 shows a state in which the
図2の状態から、作動装置7内のモータを正転させると、それに伴い、弁体2付きのシャフト3が下方へ押し出される。シャフト3の押し出しに伴い、まずは、依然としてシャフト3の連通口3Bを閉鎖した状態のまま(つまり連通口3Bを案内筒9内に配置した状態のまま)、オリフィス6と弁体2との隙間が徐々に広がって、流量を増加させる。この際、シャフト3の押し出しに伴い、オリフィス6と弁体2との隙間を介した流量が比例的に増加する(つまり押出量と流量とが比例関係になる)ように、弁体2およびオリフィス穴6Aの形状が設定されるのが好ましい。
When the motor in the
図2のシャフト3の最大退避位置から設定以上、シャフト3を押し出すと、図3に示すように、シャフト3の側壁の連通口3Bが、案内筒9の下端部よりも下方へ徐々に露出して、流路4に開口する。これにより、シャフト3の中空穴3Aを介しても、流入口4Aからのガスが流出口4Bへ流通可能とされる。この際、シャフト3の押し出しに伴い、連通口3Bを介した流量が比例的に増加するように、連通口3Bの形状が設定されているのが好ましい。さらに好ましくは、シャフト3の押し出しに伴い、流入口4Aから流出口4Bへの全流量(オリフィス穴6Aと弁体2との隙間を介した流量+シャフト3の中空穴3Aを介した流量)とが比例的に増加するように、弁体2、オリフィス穴6Aおよび連通口3Bの形状が設定されるのがよい。
When the
図4は、弁体2を最も押し出した状態(シャフト3の最大伸長位置)を示し、弁体2の全体がオリフィス穴6Aを通過し終えて、オリフィス穴6Aと対応した箇所には、シャフト3が通された状態となる。この状態では、オリフィス穴6Aの内周面とシャフト3の外周面との隙間を介して、ガスが流通する。また、この状態では、シャフト3の側壁の連通口3Bの全体が、案内筒9よりも下方に露出して開口された状態となる。従って、シャフト3の中空穴3Aを介した流量も最大限に確保される。
FIG. 4 shows a state in which the
一方、上記いずれの段階においても、モータを逆転させることで、弁体2付きのシャフト3を上方へ引き戻して、流量を絞ることができる。たとえば、図4の全開位置からシャフト3の引き戻しに伴い、連通口3Bの流路4への開口部が徐々に小さくなると共に、それと並行してあるいはその後、オリフィス穴6Aと弁体2との隙間が徐々に小さくなることで、流量調整弁1を通過するガス流量を徐々に絞ることができる。
On the other hand, in any of the above stages, the flow rate can be reduced by reversing the motor so that the
本実施例の流量調整弁1によれば、オリフィス穴6Aと弁体2との隙間だけでなく、シャフト3の中空穴3Aを介しても、流量を調整可能とされる。大流量を確保するためにシャフト3を細くしなくても、モータへの負担のないシャフト径を確保しつつ、開度を大きくした際の流路断面積を大きくとることができる。この点につき、具体的に説明すると、次のとおりである。
According to the flow
図5は、本実施例の流量調整弁1の全開時における流路断面積S1と、弁体2にかかるガス供給圧の受圧面積S2を示す図である。具体的には、シャフト3の軸方向と直交する面で観察した場合を示し、(a)は流路断面積S1を示す図であり、(b)は弁体2にかかるガス供給圧の受圧面積S2を示す図である。また、図6は、従来の流量調整弁(シャフト3´が中実軸である流量調整弁)について、流路断面積S3、且つ弁体2にかかるガス供給圧の受圧面積S3を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the flow path cross-sectional area S1 when the flow
流量調整弁1の全開時、図5(a)におけるシャフト3の内外の斜線部S1が、ガスが流れる有効断面積となる。たとえば、オリフィス6の内径(最内径)が18mm、シャフト3の外径が8mm、シャフト3の内径が6mmである場合、ガスが流れる有効断面積は約227mm2となる。また、この状態でのガス供給圧の受圧面積S2は、図5(b)におけるシャフト3外の斜線部の面積S2となる。たとえば、上記の例の場合、ガス供給圧の受圧面積S2は約199mm2となる。
When the
一方、従来の流量調整弁の場合、図6に示すように、中実のシャフト3´の外側の斜線部の断面積S3が、全開時におけるガスが流れる有効断面積となり、これはガス供給圧の受圧面積でもある。たとえば、オリフィス6の内径が18mm、シャフト3´の外径が5mmである場合、これら面積は約229mm2となる。
On the other hand, in the case of the conventional flow rate adjusting valve, as shown in FIG. 6, the cross-sectional area S3 of the hatched portion outside the solid shaft 3 'becomes an effective cross-sectional area through which gas flows when fully opened, which is the gas supply pressure. It is also the pressure receiving area. For example, when the inner diameter of the
本実施例の流量調整弁1と従来の流量調整弁との前記各面積S1〜S3を比較すると、本実施例の流量調整弁1では、ガス供給圧の受圧面積S2を従来と比較して小さくしつつ、ガスが流れる有効断面積S1は同等を確保することができることになる。このようにして、本実施例の流量調整弁1によれば、シャフト3の径を細くすることなく、ひいては弁体2にかかるガス供給圧の受圧面積S2を大きくすることなく、モータへの負担を抑制して、流量の増大が可能となる。
Comparing the respective areas S1 to S3 of the flow
本発明の流量調整弁1は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、(a)流入口4Aと流出口4Bとに開口する流路4が形成されたボディ5と、(b)流路4の途中に設けられたオリフィス6と、(c)弁体2を備え、オリフィス穴6Aに対し進退して、オリフィス穴6Aとの隙間を増減させるシャフト3を備え、(d)シャフト3には、弁体2側の先端部を開口する中空穴3Aが形成されると共に、この中空穴3Aと流路4との連通口3Bが側壁に形成されており、(e)シャフト3の進退に伴い、流路4に対する連通口3Bの開口面積を変更可能とされるのであれば、その他の構成は、適宜に変更可能である。
The flow
たとえば、前記実施例では、シャフト3は、中空パイプから構成されたが、シャフト3の先端部と側壁とに開口する中空穴3Aを備えるのであれば、必ずしもパイプ状に形成される必要はない。
For example, in the above-described embodiment, the
また、前記実施例において、シャフト3に設ける連通口3Bの形状、個数、形成位置は、適宜に変更可能である。
Moreover, in the said Example, the shape of the communicating
1 流量調整弁
2 弁体
3 シャフト(3A:中空穴、3B:連通口)
4 流路(4A:流入口、4B:流出口、4C:中空部、4D:オリフィス取付部)
5 ボディ(5A:フランジ、5B:フランジ)
6 オリフィス(6A:オリフィス穴)
7 作動装置
8 蓋材
9 案内筒
10 Oリング
1
4 Channels (4A: Inlet, 4B: Outlet, 4C: Hollow part, 4D: Orifice mounting part)
5 Body (5A: flange, 5B: flange)
6 Orifice (6A: Orifice hole)
7
Claims (4)
前記流路の途中に設けられたオリフィスと、
弁体を備え、オリフィス穴に対し進退して、前記オリフィス穴との隙間を増減させるシャフトを備え、
前記シャフトには、前記弁体側の先端部を開口する中空穴が形成されると共に、この中空穴と前記流路との連通口が側壁に形成されており、
前記シャフトの進退に伴い、前記流路に対する前記連通口の開口面積を変更可能とされた
ことを特徴とする流量調整弁。 A body in which a flow path opening at the inlet and the outlet is formed;
An orifice provided in the middle of the flow path;
A valve body, and a shaft that moves forward and backward with respect to the orifice hole to increase or decrease the gap with the orifice hole;
In the shaft, a hollow hole that opens the tip on the valve body side is formed, and a communication port between the hollow hole and the flow path is formed in the side wall,
A flow rate adjusting valve characterized in that the opening area of the communication port with respect to the flow path can be changed as the shaft advances and retreats.
ことを特徴とする請求項1に記載の流量調整弁。 The flow regulating valve according to claim 1, wherein the shaft is formed of a hollow pipe.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の流量調整弁。 As the shaft is pushed out from the maximum retracted position, the gap between the orifice hole and the valve body is first increased with the communication port closed, and then the communication port is opened to increase the opening area. The flow rate regulating valve according to claim 1 or 2, wherein:
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の流量調整弁。 The flow rate adjustment according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of the communication port is set so that the flow rate of the communication port increases proportionally as the shaft is pushed out. valve.
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