JP2023082493A - 整圧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス配管を通流するガスが大流量である場合に、ガスの流れに乱れが生じるときにも、流量増加時の二次圧昇圧特性であるブースト特性を良好に発揮し得る整圧装置を提供する。【解決手段】ガスを通流するガス配管Ｌ１を開閉する弁体Ｖａと一体的に移動自在に設けられた弁軸Ｖｃと、当該弁軸Ｖｃに連結されるダイヤフラムＤと、内径端部Ｂａが当該弁軸Ｖｃに密接固定されると共に外径端部Ｂｂが弁軸Ｖｃの一部を外囲するシリンダ部１２に対して密接固定されるベロフラムＢと、シリンダ部１２及びベロフラムＢに外囲されるベロフラム室Ｋ３とガス配管Ｌ１とを接続する接続流路Ｌ３とを備え、弁体Ｖａの開度に応じてベロフラムＢの有効面積を変化させる有効面積調整部を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを通流するガス配管を開閉する弁体と一体的に移動自在に設けられた弁軸と、当該弁軸と連結されるダイヤフラムと、内径端部が当該弁軸に密接固定されると共に外径端部が前記弁体を外囲するシリンダ部に対して密接固定されるベロフラムと、前記シリンダ部及び前記ベロフラムに外囲されるベロフラム室と前記ガス配管とを接続する接続流路とを備える整圧装置に関する。

従来、整圧装置として、ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）を通流するガス配管を開閉する形態で二次側のガス圧としての二次圧を設定圧に調整するものとして、特に、整圧器筐体の内部を第１室と第２室とに区画するダイヤフラムと、第１室から第２室の側へダイヤフラムを付勢する圧力設定バネと、第２室に二次圧を導入する二次圧導入路と、シリンダ部及びベロフラムに外囲されるベロフラム室とガス配管とを接続する接続流路とを備えるものが知られている（特許文献１を参照）。
当該特許文献１に記載の整圧装置では、ベロフラムに対し、ベロフラム室側から接続流路を介して二次圧が加えられると共に、ベロフラム室と逆側のガス配管の一次側から一次圧が加えられる。
当該構成により、弁体に対して一次側から加えられる一次圧とベロフラムに対して一次側から加えられる一次圧とがバランスすると共に、弁体に対して二次側から加えられる二次圧とベロフラムに対してベロフラム室から加えられる二次圧とがバランスする形で、弁体に加わる背圧の整圧性能への影響を低減している。

実開昭６１－１６０５１３号公報

上述したような整圧装置の弁体は、例えば、図２で実線に示すような二次圧と流量の関係を有する。このような整圧装置では、二次側で消費されるガス量が大きくなり、弁体にて開閉される開孔を通流するガスが大流量となった場合に、二次側圧力の低下を緩和するため、流量増加時に二次圧を昇圧するブースト特性を持たせた設計を行う場合がある。
このような設計がされた整圧装置は、図示は省略するが、例えば、ガス配管の二次側圧力導入路との接続部位の管径を他の部位に比べて細くする構成をとることで、ベンチュリー効果を用いて、第２室へ導かれる二次圧をガス配管を通流するガスの流速（流量）の増加に伴って低下させる形態で、ブースト特性を持たせている。
しかしながら、当該構成をとる場合、第２室に導かれる二次圧が、ガスの流れの乱れの影響を大きく受けることになり、安定した整圧特性が得られないという問題があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス配管を通流するガスが大流量である場合に、ガスの流れに乱れが生じるときにも、流量増加時の二次圧昇圧特性であるブースト特性を良好に発揮し得る整圧装置を提供することにある。

上記目的を達成するための整圧装置は、
ガスを通流するガス配管を開閉する弁体と一体的に移動自在に設けられた弁軸と、当該弁軸に連結されるダイヤフラムと、内径端部が当該弁軸に密接固定されると共に外径端部が前記弁軸の一部を外囲するシリンダ部に対して密接固定されるベロフラムとを備える整圧装置であって、その特徴構成は、
前記弁体の開度に応じて前記ベロフラムの有効面積を変化させる有効面積調整部を備える点にある。

上記特徴構成によれば、有効面積調整部が、弁体の開度に応じてベロフラムの有効面積を変化させるから、例えば、弁体の開度が大きくなるに従って、ダイヤフラム及びベロフラムにかかる圧力に基づく調整力が弁体の開き方向へ大きくなるよう、ベロフラムの有効面積を調整することができる。これにより、特に、弁体の開度が大きく、ガス配管を通流するガスの流量が大流量となるときに、当該弁体を開き勝手にでき、大流量でのブースト特性を発揮させることができる。
しかも、上述したように、ブースト特性を発揮させる際に、ベンチュリー効果を用いていないため、ガスの流れの乱れによる整圧性能の不安定化を招くことなく、安定した整圧性能を発揮できる。
以上より、ガス配管を通流するガスが大流量である場合に、ガスの流れに乱れが生じるときにも、流量増加時の二次圧昇圧特性であるブースト特性を良好に発揮し得る整圧装置を提供できる。

整圧装置の更なる特徴構成は、
前記弁体がノーマルクローズ及びノーマルオープンの何れかであり、
前記有効面積調整部は、前記弁体の開度が大きくなるに従って、前記ベロフラムを介して前記弁体に開き方向へかかる力が大きくなるように、前記ベロフラムの前記有効面積を変化させる点にある。

上記特徴構成によれば、弁体がノーマルクローズ及びノーマルオープンの何れかに関わらず、有効面積調整部は、弁体の開度が大きくなるに従って、ベロフラムを介して弁体に開き方向へかかる力が大きくなるようにベロフラムの有効面積を変化させるとよいので、弁体の形態によらずに、同一の設計思想に基づいて有効面積調整部を設計でき、異なる形態の弁体を有する整圧装置への水平展開を容易に実行できる。

整圧装置の更なる特徴構成は、
前記有効面積調整部は、前記ベロフラムと共にベロフラム室を形成する前記シリンダ部から構成され、
前記シリンダ部は、前記弁体の前記弁軸に沿う方向であり前記弁体の開閉方向に沿って、前記弁軸に直交する断面積であるシリンダ断面積を徐々に変化させる形態で設けられる点にある。

上記特徴構成の如く、弁体の弁軸に沿う方向であり弁体の開閉方向に沿って、弁軸に直交する断面積であるシリンダ断面積を徐々に変化させる形態で設けられるシリンダ部を有効面積調整部として備えることで、ベロフラムの有効面積を、弁体の開度に応じて細やかに設定することができ、それによりブースト特性を弁体の開度に応じて、比較的詳細に設定できる。

整圧装置の更なる特徴構成は、
前記ベロフラム室を形成する前記シリンダ部は、前記弁軸に沿う前記弁体の開閉方向に沿う前記シリンダ断面積を、前記弁体の開度変化に伴って徐々に変化させる形態で設けられる点にある。

上記特徴構成の如く、ベロフラム室を形成するシリンダ部は、弁軸に直交するシリンダ断面積を、弁体の開度変化に伴って徐々に変化させる形態で設けることで、大流量時の二次圧低下を緩和させるための適切なブースト特性を得ることができる。
ちなみに、当該シリンダ断面積は、弁体が全開状態と全閉状態との間で移動する際に、ベロフラムが接触するシリンダの内面に対応した箇所の断面積を意味するものとする。

整圧装置の更なる特徴構成は、
前記ベロフラムは、前記弁軸に沿う弁軸方向視において、前記内径端部から前記外径端部へかけて放射状に広がる形態で設けられる繊維を含んで構成されている点にある。

これまで説明してきたように、本発明に係るベロフラムは、弁軸に沿う方向で移動したときに、その有効面積が、内径端部から外径端部への放射方向（ベロフラムの平面視での径方向）において比較的大きく変化することになる。
上記特徴構成によれば、ベロフラムは、弁軸に沿う弁軸方向視において、内径端部から外径端部へかけて放射状に広がる形態で設けられる繊維材料を含んで構成されているから、弁軸に沿う弁軸方向視において、内径端部から外径端部への放射方向で略均等な伸縮性を発揮し易くなる。これにより、ベロフラムの有効面積毎で、ベロフラムの伸縮性が大きく変化することを防止でき、大流量時の二次圧低下を緩和させるためのブースト特性を、良好に発揮することができる。

実施形態に係る整圧装置の概略構成図である。 一般的な整圧装置の二次圧とガス配管を通流するガスの流量との関係を示すグラフ図である。 弁軸方向視でのベロフラムを示す図である。 別実施形態に係る整圧装置のベロフラム及びシリンダ部の断面図である。 別実施形態に係る整圧装置のベロフラム及びシリンダ部の断面図である。 実施形態及び別実施形態に係る整圧装置のベロフラムの有効面積と弁開度との関係を示すグラフ図である。 別実施形態に係る整圧装置の概略構成図である。

本発明の実施形態に係る整圧装置１００は、ガス配管を通流するガスが大流量である場合に、ガスの流れに乱れが生じるときにも、流量増加時の二次圧昇圧特性であるブースト特性を良好に発揮し得るものに関する。
以下、図面に基づいて、実施形態に係る整圧装置１００について説明する。

図１に示すように、当該実施形態に係る整圧装置１００は、ノーマルオープンの直動式の整圧装置として構成されており、ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）を通流するガス配管Ｌ１の内部に形成される弁座Ｖｂに着座可能な弁体Ｖａと、開閉移動する弁体Ｖａと一体的に移動自在に設けられた弁軸Ｖｃと、当該弁軸Ｖｃに連結されるダイヤフラムＤと、内径端部Ｂａが当該弁軸Ｖｃに密接固定されると共に外径端部Ｂｂが弁軸Ｖｃの一部を外囲するシリンダ部１２に対して密接固定されるベロフラムＢと、シリンダ部１２及びベロフラムＢに外囲されるベロフラム室Ｋ３とガス配管Ｌ１とを接続する接続流路Ｌ３とを備える。
尚、ベロフラムＢの内径端部Ｂａは、弁軸Ｖｃに沿う方向で、弁軸Ｖｃに固定される一対の円環状部材に挟持される形態で弁軸Ｖｃに対して密接固定されており、ベロフラムＢの外径端部Ｂｂは、シリンダ部１２の内周に形成される円環状の凹部に嵌入される形態で密接固定されている。
尚、ベロフラムＢの外径端部Ｂｂと接続流路Ｌ３とは、弁体Ｖａの全閉状態から全開状態への弁軸Ｖｃに沿う方向において記載の順に設けられている。

ダイヤフラムＤは、整圧器筐体１０の内部を第１室Ｋ１と第２室Ｋ２とに区画するものである。
第１室Ｋ１には、ダイヤフラムＤに一端が当接すると共に他端が第１室Ｋ１内に設けられる受け皿Ｓａに当接する形態で第１室Ｋ１から第２室Ｋ２の側へダイヤフラムＤを付勢する付勢バネＳが設けられている。受け皿Ｓａは、第１室Ｋ１の内壁に形成される雌螺子部１０ａへ螺合しながら回転することで、変位方向（図１で矢印Ｚ方向）に移動自在に構成され、当該受け皿Ｓａを変位方向で移動させることで、付勢バネＳによるダイヤフラムＤへの付勢力を調整して、整圧装置１００の設定圧力を調整する。
また、第１室Ｋ１を構成する整圧器筐体１０には、大気開放孔１１が設けられており、当該大気開放孔１１により第１室Ｋ１を大気圧に保っている。

図１に示すように、シリンダ部１２は、整圧器筐体１０の一部とガス配管Ｌ１の一部とから成る有底筒形状であって底部１２ａ（図１で矢印Ｚの基端側の端部）に弁軸Ｖｃを摺動自在に貫通して構成されており、底部１２ａと弁軸Ｖｃとの間には、気密性を担保するシール部材１３が設けられている。
当該シリンダ部１２の頂部（図１で矢印Ｚの先端側の端部）としてベロフラムＢが設けられることで、シリンダ部１２及びベロフラムＢによりベロフラム室Ｋ３が形成されている。当該ベロフラム室Ｋ３は、接続流路Ｌ３によりガス配管Ｌ１の一次側と接続されている。
当該構成により、弁体Ｖａの一次側の面Ｖａ１に対してかかる一次圧Ｐ１と、ベロフラム室Ｋ３の内部からベロフラムＢに対してかかる一次圧Ｐ１とを大凡釣り合わせることができると共に、弁体Ｖａの二次側の面Ｖａ２に対してかかる二次圧Ｐ２と、第２室Ｋ２の内部からベロフラムＢに対してかかる二次圧Ｐ２とを大凡釣り合わせることができ、弁体Ｖａにかかる背圧が整圧性能に及ぼす影響を低減することができる。

以上の構成において、ガス配管Ｌ１の二次圧Ｐ２が設定圧力よりも昇圧した場合、第２室Ｋ２の圧力が昇圧し、ダイヤフラムＤが付勢バネＳの付勢力に抗して、第２室Ｋ２から第１室Ｋ１の側へ移動することで、弁体Ｖａが閉じ側に移行する。これにより、ガス配管Ｌ１の二次圧Ｐ２が低下して設定圧力に近づくように調整される。
一方、ガス配管Ｌ１の二次圧Ｐ２が設定圧力よりも降圧した場合、第２室Ｋ２の圧力が降圧し、ダイヤフラムＤが付勢バネＳの付勢力により、第１室Ｋ１から第２室Ｋ２の側へ移動することで、弁体Ｖａが開き側に移行する。これにより、ガス配管Ｌ１の二次圧Ｐ２が上昇して設定圧力に近づくように調整される。

さて、当該実施形態に係る整圧装置１００において、ガス配管Ｌ１を通流するガスの流量と二次圧Ｐ２との関係は、図２に示すように、特に、大流量において、流量が増加するほど二次圧Ｐ２が低下する傾向を有するものとなっている。
そこで、当該実施形態に係る整圧装置１００は、大流量時の二次圧低下を緩和させるためのブースト特性を発揮するべく、以下の構成を備える。

即ち、当該実施形態に係る整圧装置１００では、ベロフラム室Ｋ３を形成するシリンダ部１２を、弁体Ｖａの開度に応じてベロフラムＢの有効面積（図面で広い場合がＶ１、狭い場合がＶ２で示される面積であり、ダイヤフラムの有効面積と同一の定義のものとする）を変化させる有効面積調整部として働かせるべく、弁体Ｖａの弁軸Ｖｃに沿う方向であり弁体Ｖａの開閉方向に沿って、弁軸Ｖｃ（シリンダ部１２の中心軸）に直交するシリンダ部１２の断面積であるシリンダ断面積を徐々に変化させる。尚、図１において、ベロフラムＢが広い有効面積Ｖ１となる場合は、弁体Ｖａは全閉状態に近く、ベロフラムＢが狭い有効面積Ｖ２となる場合は、弁体Ｖａは全開状態に近くなっている。
より詳細には、当該有効面積調整部は、弁体Ｖａの開度が大きくなるに従って、ベロフラムＢを介して弁体Ｖａに開き方向へかかる力が大きくなるように、ベロフラムＢの有効面積を変化させるべく、接続流路Ｌ３がベロフラム室Ｋ３とガス配管Ｌ１の一次側とを接続する構成において、ベロフラム室Ｋ３を形成するシリンダ部１２は、弁軸Ｖｃに直交するシリンダ断面積を、弁体Ｖａの開度変化に伴って徐々に変化させる形態で設けるれる。より詳細には、シリンダ断面積は、弁体Ｖａの開度が大きくなるに従って徐々に小さくする形態で設けられる。
換言すると、当該実施形態に係るシリンダ部１２は、弁軸Ｖｃ（シリンダ部１２の中心軸）に直交するシリンダ部１２の直径であるシリンダ直径が弁体Ｖａの開閉方向に沿う移動に伴って線形に変化する形状であり、弁体Ｖａの開度とシリンダ直径の関係は、図６の（ａ）に示すような関係となる。即ち、当該実施形態に係るシリンダ部１２は、円錐台形状となっている。
更に説明を追加すると、当該実施形態に係る整圧装置１００では、弁軸Ｖｃに沿う方向において、ベロフラムＢの内径端部Ｂａの位置におけるシリンダ断面積が小さくなるほど、ベロフラムＢの有効面積が小さくなるようシリンダ部１２が設けられている。

さて、これまで説明してきたように、ベロフラムＢは、弁軸Ｖｃに沿う方向で移動したときに、その有効面積が、弁軸Ｖｃに沿う弁軸方向視で弁軸Ｖｃを中心とした径方向において比較的大きく変化することになる。
そこで、ベロフラムＢは、図３に示すように、弁軸方向視において、内径端部Ｂａから外径端部Ｂｂへかけて放射状に広がる形態で設けられる複数の繊維Ｍを、弁軸Ｖｃを中心として等角度で含んで構成されている。
これにより、有効面積が大きく変化する場合であっても、ベロフラムＢに係る応力が偏ることなく、弁軸Ｖｃに直交する平面に大凡収まることとなり、良好な整圧性能を発揮することができる。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、ノーマルオープンの整圧装置１００を示したが、ノーマルクローズのものであっても、同様の構成により、大流量時の二次圧特性を緩和させるためのブースト特性を持たせることができる。
また、整圧装置１００としては、パイロット式のものを採用しても構わない。

（２）上記実施形態の整圧装置１００は、ベロフラムＢの一方側に一次圧Ｐ１がかかり、他方側に二次圧Ｐ２がかかる構成であれば、種々の構成を採用することができる。

（３）上記実施形態では、ベロフラム室Ｋ３を形成するシリンダ部１２は、図１に示すように、当該実施形態に係るシリンダ部１２は、弁軸Ｖｃ（シリンダ部１２の中心軸）に直交するシリンダ部１２（有効面積調整部の一例）の断面積であるシリンダ断面積が弁体Ｖａの開閉方向に沿う移動に伴って線形に変化する形状である構成例を示した。
他の構成例として、シリンダ部１２は、弁軸Ｖｃ（シリンダ部１２の中心軸）に直交するシリンダ部１２の断面積であるシリンダ断面積が弁体Ｖａの開閉方向に沿う移動に伴って非線形に変化する形状であっても構わない。また、シリンダ部１２のシリンダ軸に沿う断面が曲線であっても構わない。
例えば、図４に示すように、シリンダ断面積が、弁体Ｖａの開閉方向に沿う移動に伴って、弁体Ｖａの開き側では、断面積の変化が小さく、閉じ側では、断面積の変化が大きいように、弁体Ｖａの開度が大きくなるに従って徐々に小さくするものであっても良い。この場合、弁体Ｖａの開度とシリンダ断面積の関係は、図６の（ｂ）に示すような関係となる。
また、他の例として、図５に示すように、シリンダ断面積が、弁体Ｖａの開閉方向に沿う移動に伴って、弁体Ｖａの開き側では、断面積の変化が大きく、閉じ側では、断面積の変化が小さいように、弁体Ｖａの開度が大きくなるに従って徐々に小さくするものであっても良い。この場合、弁体Ｖａの開度とシリンダ断面積の関係は、図６の（ｃ）に示すような関係となる。

（４）有効面積調整部は、部位毎に伸縮度合いの異なる材料を用いたベロフラムＢにより構成しても構わない。

（５）制御理論上、オフセット（大流量時の二次圧低下量）が大きくなるよう設計すれば安定性が増すため、積極的にオフセットを大きくして安定性を向上させるよう、弁軸Ｖｃに直交するシリンダ断面積を変化させる構成を採用しても構わない。

（６）上記実施形態における接続流路Ｌ３は、設けない構成であっても構わない。

（７）上記実施形態では、ベロフラム室Ｋ３、及びベロフラム室Ｋ３とガス配管Ｌ１の一次側とを接続する接続流路Ｌ３を備える整圧装置１００を示したが、整圧装置１００としては、図７に示すように、当該ベロフラム室Ｋ３及び接続流路Ｌ３を設けない構成であっても、発明の目的を良好に達成することができる。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明の整圧装置は、ガス配管を通流するガスが大流量である場合に、ガスの流れに乱れが生じるときにも、流量増加時の二次圧昇圧特性であるブースト特性を良好に発揮し得る整圧装置として、有効に利用可能である。

１２ ：シリンダ部
１２ａ ：底部
１３Ａ ：都市ガス
１００ ：整圧装置
Ｂ ：ベロフラム
Ｂａ ：内径端部
Ｂｂ ：外径端部
Ｄ ：ダイヤフラム
Ｌ１ ：ガス配管
Ｍ ：繊維
Ｐ２ ：二次圧
Ｖａ ：弁体
Ｖｃ ：弁軸

Claims (5)

1. ガスを通流するガス配管を開閉する弁体と一体的に移動自在に設けられた弁軸と、当該弁軸に連結されるダイヤフラムと、内径端部が当該弁軸に密接固定されると共に外径端部が前記弁軸の一部を外囲するシリンダ部に対して密接固定されるベロフラムとを備える整圧装置であって、
   前記弁体の開度に応じて前記ベロフラムの有効面積を変化させる有効面積調整部を備える整圧装置。
2. 前記弁体がノーマルクローズ及びノーマルオープンの何れかであり、
   前記有効面積調整部は、前記弁体の開度が大きくなるに従って、前記ベロフラムを介して前記弁体に開き方向へかかる力が大きくなるように、前記ベロフラムの前記有効面積を変化させる請求項１に記載の整圧装置。
3. 前記有効面積調整部は、前記ベロフラムと共にベロフラム室を形成する前記シリンダ部から構成され、
   前記シリンダ部は、前記弁体の前記弁軸に沿う方向であり前記弁体の開閉方向に沿って、前記弁軸に直交する断面積であるシリンダ断面積を徐々に変化させる形態で設けられる請求項１又は２に記載の整圧装置。
4. 前記弁体がノーマルオープンである場合において、前記ベロフラム室を形成する前記シリンダ部は、前記弁軸に沿う前記弁体の開閉方向に沿う前記シリンダ断面積を、前記弁体の開度変化に伴って徐々に変化させる形態で設けられる請求項３に記載の整圧装置。
5. 前記ベロフラムは、前記弁軸に沿う弁軸方向視において、前記内径端部から前記外径端部へかけて放射状に広がる形態で設けられる繊維を含んで構成されている請求項１～４の何れか一項に記載の整圧装置。
   

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