JP2024052295A - オリフィス機構及びガス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造で流路断面積を可変とするオリフィス機構を提供する。【解決手段】配管接続用の継手６０間に挟み入れて使用されるオリフィス機構１０は、軸と、軸が延びる軸方向に沿って重ね合わせられ、それぞれが１つ以上の孔を有するとともに、それぞれの中心部に軸が貫通する軸穴を有する複数のオリフィス１２とを備える。複数のオリフィス１２は、少なくとも１つのオリフィス１２が軸を中心に回転操作されて当該少なくとも１つのオリフィス１２の回転角が変更されることにより、開口率が変化する。【選択図】図２

Description

本開示は、オリフィス機構及びガス発生装置に関する。

流路断面積を可変とするオリフィスの構造として、特許文献１に開示されているような、火力発電所の配管に使用されるシャッター式の構造、及び特許文献２に開示されているような、上下水道に使用される多孔式流量調節弁の構造が知られている。特許文献３に開示されているような、フランジ間に固定オリフィスと可動オリフィスとを配置し、可動オリフィスを回転させることにより、両オリフィスを貫通する孔の形状あるいは大きさを変えることができる構造も知られている。

特開２０２１－１５６４１４号公報 特開２００３－２０７０６０号公報 特開２００８－２１７２７８号公報

ＰＳＡ式ガス発生装置においては、原料ガス又は製品ガスの流量変動時に最大流量を制限する目的、及び均圧時に流量を調整する目的でオリフィスが使用されている。「ＰＳＡ」は、Pressure Swing Adsorption（圧力スイング吸着法）の略語である。オリフィスに開いている孔の径及び個数によって流量調整が行われ、それによって性能が左右されることが多いため、新規装置の製作の際には、様々な孔径及び孔個数の組合せを持つオリフィスの中から最適なものが選定される。しかしながら、どのようなオリフィスが最適かは、装置の設置環境によって変わってくる。そのため、工場における試運転時に最適なオリフィスを選定したとしても、それが装置納入場所の環境における最適なオリフィスとは異なる場合があり得る。装置納入場所で十分な性能が出ない場合には、オリフィスを交換して性能の向上を図る必要が生じ得る。

一般的に、オリフィスは、金属板を溶断して切り出した後に孔を規定個数開け、更にその後に面取りをして製作される。オリフィスは、その構造の単純さに比して製作の工数がかかるので比較的高価である。そのため、各装置における最適なオリフィスを決定する場合、複数セットのオリフィスの製作が必要となり、費用がかさむことになる。

オリフィスの交換時には、オリフィスを挟んでいるフランジのナットを緩めた後にオリフィスを外し、別のオリフィスを取り付けた後にフランジのナットを締めるが、オリフィスを外すときも、別のオリフィスを取り付けるときも、フランジを強く押し広げる必要がある。そのため、高所など、作業しにくい場所にあるオリフィスを交換する際は、交換の工数がかかる。

上述の課題に対処するために、従来のような、流路断面積を可変とするオリフィスの構造を採用することが考えられる。しかしながら、特許文献１に開示されているようなシャッター式の構造、及び特許文献２に開示されているような流量調節弁の構造は、いずれも非常に複雑であり、製造コストが高い。しかも、大きさが大きいため、装置のコンパクトさを求められるＰＳＡ式ガス発生装置への採用は難しい。特許文献３に開示されているような構造でも、固定オリフィスをボルトで固定できるように加工し、大きさの異なる２つのオリフィスをフランジ間に嵌め込めるように加工し、またフランジと共通のボルトが通るように大きなオリフィスを作成する必要があるなど、製造上の手間及びコストがかかる。

本開示の目的は、簡便な構造で流路断面積を可変とするオリフィス機構、又はそのオリフィス機構を備えるガス発生装置を提供することである。

本開示の幾つかの態様を以下に示す。

［１］
配管接続用の継手間に挟み入れて使用されるオリフィス機構であって、
軸と、
前記軸が延びる軸方向に沿って重ね合わせられ、それぞれが１つ以上の孔を有するとともに、それぞれの中心部に前記軸が貫通する軸穴を有する複数のオリフィスであり、少なくとも１つのオリフィスが前記軸を中心に回転操作されて当該少なくとも１つのオリフィスの回転角が変更されることにより、開口率が変化する複数のオリフィスと
を備えるオリフィス機構。

［２］
前記複数のオリフィスは、互いに形状及び大きさが共通する［１］に記載のオリフィス機構。

［３］
前記少なくとも１つのオリフィスの外周縁から前記軸方向に直交する径方向に延びる持ち手を更に備える［１］又は［２］に記載のオリフィス機構。

［４］
前記少なくとも１つのオリフィスは、外周面に前記回転角を表す目盛を有する［１］から［３］のいずれか１つに記載のオリフィス機構。

［５］
［１］から［４］のいずれか１つに記載のオリフィス機構を備えるガス発生装置。

本開示によれば、簡便な構造で流路断面積を可変とするオリフィス機構、又はそのオリフィス機構を備えるガス発生装置を提供することができる。

本開示の実施形態に係るオリフィス機構の使用例を示す斜視図である。 図１に対応する分解斜視図である。 本開示の実施形態に係るオリフィス機構の開口率が最大になっている状態を示す図である。 本開示の実施形態に係るオリフィス機構の開口率が相対的に小さくなっている状態を示す図である。

以下、本開示の実施形態について、図を参照して説明する。

各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

図１及び図２を参照して、本実施形態に係るオリフィス機構１０の構造を説明する。

オリフィス機構１０は、配管接続用の継手６０間に挟み入れて、図１に示すような組立品として使用される。継手６０は、具体的にはフランジである。継手６０は、ガスなどの流体を搬送するためのパイプ７０を接続する。オリフィス機構１０は、流体の流量を調整するために使用される。継手６０は、それぞれ円板状に形成され、複数の締結穴６１を有する。継手６０は、オリフィス機構１０を挟んだ状態で、互いの対応する締結穴６１に挿入されたボルト６２に、ボルト６２の長軸方向の両側からナット６３を取り付け、ナット６３を締め付けることで互いに固定される。本実施形態では、継手６０は、それぞれ４つの締結穴６１を有する。そのため、４本のボルト６２のそれぞれに１対のナット６３が取り付けられる。すなわち、継手６０は、オリフィス機構１０を挟んだ状態で、４本のボルト６２と８つのナット６３との組合せによって互いに固定される。

オリフィス機構１０は、軸と、軸が延びる軸方向に沿って重ね合わせられた複数のオリフィス１２とを備える。それぞれのオリフィス１２は、１つ以上の孔を有するとともに、中心部に軸が貫通する軸穴を有する。

形状、大きさ、及び厚さは、オリフィス１２ごとに異なっていてもよいが、本実施形態では、オリフィス１２間で共通である。本実施形態では、それぞれのオリフィス１２は、円形の金属板である。

孔の数、位置、形状、及び大きさは、オリフィス１２ごとに異なっていてもよいが、本実施形態では、オリフィス１２間で共通である。孔の数は、任意の数でよいが、本実施形態では、オリフィス１２ごとに４つである。孔の位置は、任意の位置でよいが、本実施形態では、それぞれのオリフィス１２の軸穴と外周縁との中間、かつ軸の周りの周方向に沿って孔同士が等間隔に並ぶように設定される。孔の形状は、任意の形状でよいが、本実施形態では円形である。孔の大きさは、所望の流量に応じた大きさに設定される。

オリフィス１２の数は、３つ以上でもよいが、本実施形態では２つである。すなわち、本実施形態では、複数のオリフィス１２は、第１オリフィス２０と、第１オリフィス２０よりも下流側に配置される第２オリフィス３０とを含む。第１オリフィス２０は、４つの孔２１を有するとともに、中心部に、軸を形成するボルト１１が貫通する軸穴２２を有する。第１オリフィス２０の４つの孔２１は、第１オリフィス２０の軸穴２２と外周縁との中間、かつ周方向に沿って互いに等間隔に並ぶように配置されている。第２オリフィス３０も、４つの孔３１を有するとともに、中心部にボルト１１が貫通する軸穴３２を有する。第２オリフィス３０の４つの孔３１は、第２オリフィス３０の軸穴３２と外周縁との中間、かつ周方向に沿って互いに等間隔に並ぶように配置されている。第１オリフィス２０及び第２オリフィス３０は、軸穴２２，２３に挿入されたボルト１１に軸方向の両側からナット１３を取り付け、ナット１３を締め付けることで互いに固定される。すなわち、第１オリフィス２０及び第２オリフィス３０は、１本のボルト１１と２つのナット１３との組合せによって互いに固定される。上流側の継手６０と第１オリフィス２０との間、第１オリフィス２０と第２オリフィス３０との間、及び第２オリフィス３０と下流側の継手６０との間には、それぞれシール用のパッキン１５が介在している。パッキン１５の材料としては、例えば、一般的なガスケット材料を使用することができる。

複数のオリフィス１２は、少なくとも１つのオリフィス１２が軸を中心に回転操作されて当該少なくとも１つのオリフィス１２の回転角が変更されることにより、開口率が変化する。本実施形態では、第１オリフィス２０及び第２オリフィス３０は、いずれもボルト１１を中心に回転操作可能である。よって、所望の流量に合わせてオリフィス機構１０全体の開口率を変化させる際に、第１オリフィス２０と第２オリフィス３０とのいずれか一方のみの回転角を変更してもよいし、又は第１オリフィス２０と第２オリフィス３０との両方の回転角を変更してもよい。

本実施形態では、継合部材により少なくとも２つのオリフィス１２が軸穴を通して継合されており、少なくとも１つのオリフィス１２が流体管路の軸心に対して回転操作可能であることにより、流体管路の軸心方向に対する孔の面積を可変とすることができる。すなわち、本実施形態では、少なくとも１つのオリフィス１２が、複数のオリフィス１２を接続する共通の軸を中心に回転するという簡便な構造を採用している。そのため、本実施形態によれば、特許文献１から特許文献３のいずれに開示されている構造とも異なり、製造コストを低く抑えることができる。しかも、大きさを小さくできるため、装置のコンパクトさを求められるＰＳＡ式ガス発生装置などのガス発生装置への採用が可能である。すなわち、本実施形態によれば、オリフィス機構１０を備えるガス発生装置を提供することができる。

本実施形態では、複数のオリフィス１２は、互いに形状及び大きさが共通する。そのため、効率的な製作が可能となり、製作にかかる費用を削減することができる。

オリフィス機構１０は、少なくとも１つのオリフィス１２の外周縁から軸方向に直交する径方向に延びる持ち手１４を更に備える。持ち手１４は、軸を中心に回転操作可能なオリフィス１２を操作するための操作部に相当する。本実施形態では、オリフィス機構１０は、２つの持ち手１４を備える。具体的には、オリフィス機構１０は、第１オリフィス２０の外周縁から径方向に延びる第１持ち手４０と、第２オリフィス３０の外周縁から径方向に延びる第２持ち手５０とを備える。すなわち、オリフィス機構１０は、それぞれが対応するオリフィス１２の外周縁から径方向に延びる複数の持ち手１４を備える。

複数のオリフィス１２は、複数の持ち手１４の、周方向における位置が一致しているときに開口率が最大になる。本実施形態では、軸方向に沿って上流側から第１オリフィス２０及び第２オリフィス３０を見たとすると、図３に示すように、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置と一致して、第２持ち手５０が見えないときは、オリフィス機構１０全体の開口率が最大になる。すなわち、第１オリフィス２０の４つの孔２１と第２オリフィス３０の４つの孔３１とが完全に開通する。一方、図４に示すように、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置と一致せず、第２持ち手５０が見えるときは、オリフィス機構１０全体の開口率が相対的に小さくなる。すなわち、第１オリフィス２０の４つの孔２１と第２オリフィス３０の４つの孔３１とが部分的に閉塞する。ただし、本例では、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置と一致しなくても、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置から９０°、１８０°、又は２７０°ずれているときは、オリフィス機構１０全体の開口率が最大になる。図３及び図４のハッチングは、開通領域を表している。

本実施形態の一変形例として、複数の持ち手１４の、周方向における位置が一致しているとき以外に開口率が最大になってもよい。そのような変形例において、軸方向に沿って上流側から第１オリフィス２０及び第２オリフィス３０を見たとすると、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置から少なくとも１つの角度αだけずれているときは、オリフィス機構１０全体の開口率が最大になる。すなわち、第１オリフィス２０の４つの孔２１と第２オリフィス３０の４つの孔３１とが完全に開通する。一方、第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置と一致するか、又は第２持ち手５０の位置が周方向において第１持ち手４０の位置から角度α以外の角度でずれているときは、オリフィス機構１０全体の開口率が相対的に小さくなる。すなわち、第１オリフィス２０の４つの孔２１と第２オリフィス３０の４つの孔３１とが部分的に閉塞する。

本実施形態では、複数のオリフィス１２の位相が同じときは、１つのオリフィス１２しか設置していないときと同じ開口面積を得ることができる。そして、複数のオリフィス１２の位相を徐々にずらすことで、開口面積を連続的に小さくすることができる。

少なくとも１つのオリフィス１２は、外周面に回転角を表す目盛を有する。本実施形態では、第１オリフィス２０は、外周面２３に、第１オリフィス２０の回転角を表す第１目盛２４を有する。第２オリフィス３０も、外周面３３に、第２オリフィス３０の回転角を表す第２目盛３４を有する。

本実施形態では、軸を中心に回転操作可能なオリフィス１２の外周面に目盛が設けられている。そのため、オリフィス１２の回転量を確認しやすくなる。また、他装置において同一開度に設定し直す際も目盛読みで簡単に同一条件にセットが可能である。

上述のように、本実施形態では、フランジ径よりも小さい、全く同じ孔径を持つ２つのオリフィス１２に、持ち手１４と回転量確認用の目盛とを形成し、パッキン１５を挟み込んだ構造を持つオリフィス機構１０を製作する。それぞれのオリフィス１２の中心部には穴が開いていて、２つのオリフィス１２がボルト１１により接続されており、オリフィス１２が同軸で回転できるようになっている。

図３に示したように、２つの持ち手１４が重なるときは、１つのオリフィス１２しか設置していないときと流量がほぼ同じとなるが、図４に示したように、オリフィス１２を回転させることで開口領域が狭まり、孔径の小さなオリフィスに交換したときと同等の効果が得られる。そのため、複数種類のオリフィスを製作する必要がなくなる。流路断面積変更時もオリフィス１２を交換する必要がなく、フランジ固定用のナット６３を少し緩めた後に２つのオリフィス１２の重なり角度を変更するだけでよいので、流路断面積変更時の手間が軽減される。すなわち、本実施形態によれば、複数種類のオリフィスの製作が不要になることによるコスト削減、及びオリフィス交換時の工数削減が可能となる。

オリフィス１２は、金属板に孔を開けて持ち手１４を付けるだけの単純な構造であるので、製造コストは、特許文献１から特許文献３に開示されているような従来の構造に比べて格段に小さくなる。しかも、薄い金属板を使用しているため、従来の構造と比べてオリフィス１２の厚みを小さくすることができ、装置のコンパクトさを求められるＰＳＡ式ガス発生装置においてもオリフィス機構１０を利用可能となる。すなわち、本実施形態によれば、従来のオリフィスに比べて、安価かつコンパクトな開口面積可変オリフィスを使用可能になる。

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックを統合してもよいし、又は１つのブロックを分割してもよい。フローチャートに記載の複数のステップを記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行してもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

１０ オリフィス機構
１１ ボルト
１２ オリフィス
１３ ナット
１４ 持ち手
１５ パッキン
２０ 第１オリフィス
２１ 孔
２２ 軸穴
２３ 外周面
２４ 目盛
３０ 第２オリフィス
３１ 孔
３２ 軸穴
３３ 外周面
３４ 目盛
４０ 第１持ち手
５０ 第２持ち手
６０ 継手
６１ 締結穴
６２ ボルト
６３ ナット
７０ パイプ

Claims (5)

1. 配管接続用の継手間に挟み入れて使用されるオリフィス機構であって、
   軸と、
   前記軸が延びる軸方向に沿って重ね合わせられ、それぞれが１つ以上の孔を有するとともに、それぞれの中心部に前記軸が貫通する軸穴を有する複数のオリフィスであり、少なくとも１つのオリフィスが前記軸を中心に回転操作されて当該少なくとも１つのオリフィスの回転角が変更されることにより、開口率が変化する複数のオリフィスと
   を備えるオリフィス機構。
2. 前記複数のオリフィスは、互いに形状及び大きさが共通する請求項１に記載のオリフィス機構。
3. 前記少なくとも１つのオリフィスの外周縁から前記軸方向に直交する径方向に延びる持ち手を更に備える請求項１に記載のオリフィス機構。
4. 前記少なくとも１つのオリフィスは、外周面に前記回転角を表す目盛を有する請求項１に記載のオリフィス機構。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のオリフィス機構を備えるガス発生装置。

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