JP3628767B2 - 圧力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力制御装置に係り、特に下流側管路の２次圧力が目標圧力を保つように応答性良く弁体を駆動させるよう構成した圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、都市ガス等を給送する管路には、下流側の２次圧力が予め設定された目標圧力となるように圧力を制御する圧力制御装置が設けられている。一般に、圧力制御装置は、下流側の圧力変動に応じて弁駆動部に供給される作動圧力（ジャケット圧力とも言う）を調整するパイロット弁と、弁駆動部に供給された作動圧力に基づいて弁開度を可変して下流側の２次圧力を目標圧力に制御する圧力制御弁とを有する。そして、圧力制御弁には、弁体に対し１次圧力が閉弁方向に作用する「アンローディング形」と、弁体に対し１次圧力が開弁方向に作用する「ローディング形」とがある。
【０００３】
上記アンローディング形の圧力制御弁では、弁駆動部に供給された作動圧力と弁体に作用する１次圧力との圧力差により弁体を開又は閉方向に駆動させて弁開度を可変させて２次圧力が所定の目標圧力となるように圧力制御を行う。
そして、作動圧力が１次圧力と等しいとき、弁体が閉弁位置に保持される。そのため、下流側でのガス使用量が増大して２次圧力が低下すると、パイロット弁が開弁して作動圧力が減圧され、これにより弁体が開弁し、下流側管路への供給ガス量が増大する。さらに、作動圧力が２次圧力に近い圧力まで低下すると、弁体が全開位置に変位し、下流側管路への供給ガス量がさらに増大する。
【０００４】
また、下流側でのガス使用量が減少して下流側管路の２次圧力が目標圧力以上に増大すると、パイロット弁の閉弁動作により作動圧力が高まり、これにより圧力制御弁の弁開度が絞られて下流側管路への供給ガス量が減少する。よって、下流側管路の２次圧力が目標圧力に保たれる。
【０００５】
このように、２次圧力が変動すると、パイロット弁の開閉動作により作動圧力が変化して圧力制御弁の弁開度が調整され、その結果下流側管路の２次圧力が目標圧力に制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来の構成では、２次圧力が低下した場合、パイロット弁は開弁動作し、弁駆動部の作動圧力が低下し始め、この作動圧力と１次圧力との差圧が所定の差圧以上になると、圧力制御弁が開弁動作して２次圧力を目標圧力に制御するので、パイロット弁が開弁してから上記１次圧力と作動圧力との差圧が所定の差圧になるまでに時間がかかり、このため２次圧力を目標圧力に制御するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【０００７】
また、上記問題を解決するため、１次圧力を作動圧力として圧力制御弁の圧力室に供給する管路に減圧弁を設けてパイロット弁の開弁動作により作動圧力を低下させることが考えられているが、その場合、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更されると、その都度減圧弁による減圧値を調整しなければならない。さらに、減圧弁の調整作業が面倒であり、例えば減圧弁の調整をしないまま圧力条件が変更された場合には、パイロット弁が作動していないのに圧力制御弁が開弁動作してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題を解決した圧力制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１の発明は、流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力とが導入され、前記１次圧力と前記２次圧力の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、上記請求項１によれば、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、減圧手段により絞りに供給される１次圧力を減圧することにより、絞りから弁駆動部に供給される作動圧力の最大値は減圧手段に設定された所定の圧力に減圧されるので、２次圧力が低下しパイロット弁が開弁した場合には、１次圧力と作動圧力との圧力差が弁体を駆動させるための所定の圧力差以下になる。従って、２次圧力の圧力調整の応答性が高められる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
前記減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力と前記作動圧力とが導入され、前記１次圧力及び前記２次圧力と前記作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、請求項２によれば、1 次圧力及び 2 次圧力と作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力と作動圧力との変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、１次圧力及び２次圧力の増圧時に弁本体に設けられた弁体が勝手に開弁したり、あるいは１次圧力及び２次圧力の減少時にパイロット弁が開弁してブリード量を増大させているにも拘わらず弁体が開弁動作しなかったりすることを防止でき、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合でも、１次圧力及び２次圧力とは無関係に２次圧力を設定圧力に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に本発明になる圧力制御装置の前提例１を示す。尚、図１は圧力制御装置の概略構成図であり、図２は圧力制御弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【００１４】
圧力制御装置は、圧力制御弁１と、後述する圧力制御部３０とよりなる。圧力制御弁１は、例えばガス供給ラインに設けられており、弁本体２内の流路３に設けられた弁座４に対し弁体５を弁開、弁閉方向に動作させることにより下流側の２次圧力を所定の目標圧力に制御する。
【００１５】
弁本体２は左側方に上流側管路６が接続される上流側フランジ２ａを有し、下方には下流側管路７が接続される下流側フランジ２ｂを有する。上流側フランジ２ａの中央には流路３の一端に連通する流入口２ｃが開口し、下流側フランジ２ｂの中央には流路３の他端に連通する流出口２ｄが開口する。
【００１６】
流路３は、弁本体２の内部を横切るように形成された隔壁８により、流入口２ｃに連通する上流側流路３ａと、流出口２ｄに連通する下流側流路３ｂとに画成されている。ここで、上流側流路３ａの圧力は１次圧力Ｐ１ 、下流側流路３ｂの圧力は２次圧力Ｐ２ と表す。本実施例では、例えば１次圧力Ｐ１ ＝７０ｋｇ／ｃｍ２ とかなり高圧に設定されている。
【００１７】
そして、上記弁座４はリング状に形成され、隔壁８に穿設された中央孔９に嵌合しており、ボルト１０の締め付けにより隔壁８に固定されている。また、弁体５が弁閉動作により下降すると、ピストン１２のシート部１２ａが弁座４の上面に当接する。
【００１８】
弁座４の下方には、ケージガイド１１が設けられている。このケージガイド１１は、円筒状に形成されており、この円筒部分には内周と外周とを貫通する複数の長孔１１ａが穿設されている。また、ケージガイド１１は、上端鍔部にボルト１５ｂにより多孔板１５が固定される。
【００１９】
ケージガイド１１の全周には複数の長孔１１ａが一定間隔毎に設けられているので、絞りとしても機能しており、弁体５が開弁動作した際、流体の流れを絞り流速を減速する。そのため、１次圧力Ｐ１ が高圧に設定されていても、弁座４を通過する流速が減速されて小流量域での圧力制御がしやすくなっている。
【００２０】
弁体５は、弁座４の上方で上下方向に摺動自在に設けられたピストン１２と、ピストン１２の下方に一体的に設けられたケージ１３と、をボルト１４により一体的に結合させてなる。ピストン１２は、その下面に閉弁動作時に弁座４に当接するシート部１２ａを有し、外周の溝にはＯリング１２ｂが嵌合している。ケージ１３は、前述したケージガイド１１の内周に嵌合してピストン１２の摺動をガイドする。
【００２１】
また、ケージ１３の周面には、流体が通過するための複数の開口１３ａが穿設されている。この開口１３ａは台形状に形成されており、弁体５の移動量に応じて開口面積が増加するようになっている。即ち、弁体５が開弁動作を開始したときは開口面積が小さく、弁座４を通過する流量が絞られており、弁体５の弁開度が大きくなるにつれて開口面積が大きくなって流量が増大する。
【００２２】
そのため、弁体５が開弁動作を開始したときに急激に流量が増加せず、弁体５の開弁動作とともに徐々に流量が増加することになり、小流量域での圧力制御がしやすくなっている。
ケージガイド１１の周囲には、円筒状の多孔板１５が配設されている。この多孔板１５は、外周面に多数の孔が穿設されている。そのため、上流側流路３ａから弁座４を通過した流体（本実施例ではガス）は、多孔板１５の孔を通過して下流側流路３ｂへ流出し、多孔板１５の孔を通過する過程で整流される。
【００２３】
また、ピストン１２の中央には、垂直方向に延在する位置検出ロッド１６がボルト１７により固定されている。位置検出ロッド１６は、上端１６ａが蓋１８の上部に突出しており、上端１６ａの摺動高さ位置により弁体５の移動量、即ち弁開度が分かる。
【００２４】
弁本体２の上部開口２ｅを塞ぐ蓋１８は、ボルト１９により弁本体２に固定される。弁体５と蓋１８との間には圧力室２０が形成されており、蓋１８の外周には圧力室２０に圧力を導入する圧力導入孔１８ａが穿設されている。
尚、上記圧力室２０に供給される圧力値によって弁体５が弁開又は弁閉方向に動作するため、圧力室２０、ピストン１２により弁駆動部が構成されている。
【００２５】
２１はピストンガイドで、外周より半径方向に突出し弁本体２の上部開口２ｅに嵌合して段部２ｆに当接する鍔部２１ａと、内周に形成されピストン１２の外周が摺動するガイド面２１ｂとを有する。ピストンガイド２１は、鍔部２１ａにボルト３７が挿通される孔２１ｄが穿設されており、このボルト３７が段部２ｆのねじ孔に螺合して弁本体２に固定される。また、ピストンガイド２１の外周の溝には、弁本体２及び蓋１８との間をシールするＯリング２１ｃが配設されている。
【００２６】
２４はバネ押さえで、ピストン１２を弁座４に押圧するピストン押圧用のコイルスプリング２５の上端部に当接する。このバネ押さえ２４は、蓋１８の中央孔１８ｂ内に嵌合し、底部にコイルスプリング２５の上端が当接する凹部２４ａを有し、中央には位置検出ロッド１６を軸承する軸受２７が嵌合している。また、コイルスプリング２５の下端はピストン１２の凹部１２ｃに当接している。従って、弁体５はコイルスプリング２５の押圧力により閉弁方向に付勢されている。
【００２７】
２８は弁開度表示部材で、蓋１８の上面にネジ止めされて上記バネ押さえ２４の上端鍔部を蓋１８の上面に押圧する。弁開度表示部材２８は弁開度を表示する目盛り２８ａと、目盛り２８ａを見るための窓２８ｂとを有する。前述した位置検出ロッド１６の上端１６ａは、弁開度表示部材２８の窓２８ｂから視認することができる。従って、上端１６ａの摺動位置に一致する目盛り２８ａを読み取ることにより弁体５の弁開度が分かる。
【００２８】
３０は圧力制御部で、１次圧力供給管路（連通管路）３１，４０と、ブリード圧力を下流側へ逃がすブリード管路３２と、パイロット弁３３と、圧力室２０に作動圧力ＰＬ （ジャケット圧力とも言う）を導入する作動圧力導入管路３４と、パイロット弁３３に下流側の検出圧力（２次圧力Ｐ２ ）を供給する検出管路３５と、よりなる。
【００２９】
また、１次圧力供給管路３１は、一端が上流側管路６の１次側接続口６ａに接続され、他端が１次圧力供給管路３１，４０の分岐点４１に接続されている。そして、１次圧力供給管路３１には、上流側管路６からの１次圧力Ｐ１ を減圧する減圧弁（減圧手段）３６と、減圧弁３６により減圧されたガスの流量を制限する絞り３８と、が配設されている。
【００３０】
さらに、作動圧力導入管路３４は、一端が１次圧力供給管路３１と１次圧力供給管路４０との分岐点４１に接続され、他端が蓋１８の圧力導入孔１８ａに接続されている。従って、圧力室２０には、上記減圧弁３６により減圧され、且つ絞り３８により流量を制限された作動圧力ＰＬ が供給される。
【００３１】
１次圧力供給管路４０は、一端が１次圧力供給管路３１及び作動圧力導入管路３４との分岐点４１に接続され、他端がパイロット弁３３のノズル３３ｆに接続されている。
パイロット弁３３は一対のダイヤフラム３３ａ，３３ｂにより上室３３ｃ、中室３３ｄ、下室３３ｅに画成されている。中室３３ｄには２次圧力供給管路４０に接続されたノズル３３ｆが設けられ、下室３３ｅにはダイヤフラム３３ｂを押圧するコイルバネ３３ｇが介在する。尚、コイルバネ３３ｇは調整ネジ３３ｈを回わすことによりバネ力の大きさが変更され、パイロット設定圧力Ｐ０ が調整される。
【００３２】
従って、パイロット設定圧力Ｐ０ を変更することにより圧力制御弁１の下流の２次圧力Ｐ２ が所望の目標圧力に設定される。また、一対のダイヤフラム３３ａ，３３ｂは互いに連結され同方向に変位する構成であり、ダイヤフラム３３ａは上室３３ｃの圧力上昇によりノズル３３ｆより流出する流量を絞り、上室３３ｃの圧力降下によりノズル３３ｆより流出する流量を増大させる。
【００３３】
ブリード管路３２は、一端がパイロット弁３３の中室３３ｄに接続され、他端が下流側管路７の２次側接続口７ａに接続されている。従って、中室３３ｄに供給されたガスは、ブリード管路３２を通って下流側管路７へ逃げる。
上記検出管路３５は、一端がパイロット弁３３の上室３３ｃに接続され、他端が下流側管路７の２次側接続口７ｂに接続されている。そのため、パイロット弁３３の上室３３ｃは、下流側の２次圧力Ｐ２ の変化に応じた圧力となる。
【００３４】
上記減圧弁３６は、１次圧力Ｐ１ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差となるような作動圧力以上で、且つ１次圧力以下の圧力（減圧値）になるように１次圧力Ｐ１ を減圧するものである。この減圧弁３６は、ダイヤフラム３６ａを有する弁駆動部３６ｂと、ダイヤフラム３６ａに連結された弁体３６ｃと、ダイヤフラム３６ａにより画成された上室３６ｄ，下室３６ｅと、上室３６ｄに設けられダイヤフラム３６ａを開弁方向に付勢するコイルばね３６ｆと、を有する。
【００３５】
弁体３６ｃは、ダイヤフラム３６ａが上方に変位すると弁座３６ｇに近接し、ダイヤフラム３６ａが下方に変位すると弁座３６ｇから離間する。また、コイルばね３６ｆのばね力により絞り３８に供給される圧力が任意の圧力に設定され、コイルばね３６ｆのばね力は調整ネジ３６ｈにより調整される。尚、上室３６ｄは大気圧となっている。
【００３６】
３９は１次圧力検出管路で、一端が減圧弁３６の下室３６ｅに接続され、他端が減圧弁３６と絞り３８との間の１次圧力供給管路３１に接続されている。そのため、減圧弁３６の下室３６ｅには、減圧弁３６により減圧された圧力が供給されている。
【００３７】
従って、上記構成になる圧力制御弁１の圧力室２０に供給される作動圧力ＰＬ は、減圧弁３６により所定の圧力値（減圧値）に減圧され、且つ絞り３８により流量が制限されるとともに、絞り３８から吐出された流量と、パイロット弁３３よりブリード管路３２を介して下流側管路７へ流出された流量との差により決まる。
【００３８】
また、絞り３８には減圧弁３６により減圧されたガスが供給されるため、１次圧力Ｐ１ が作動圧力ＰＬ として直接供給されることがなく、２次圧力Ｐ２ の低下によりパイロット弁３３がブリード管路３２へのガス流出量（ブリード量）を増したとき、１次圧力Ｐ１ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差になるまでに作動圧力ＰＬ が低下する時間を従来よりも短縮することができる。従って、常に２次圧力Ｐ２ が目標圧力を保つように安定的に弁開度を制御できる。
【００３９】
ここで、上記構成になる圧力制御装置の圧力制御動作につき説明する。
上流側の１次圧力Ｐ１ は弁座４より上流側の上流側流路３ａに供給されるとともに、１次圧力供給管路３１に供給される。そして、１次圧力Ｐ１ は１次圧力供給管路３１に設けられた減圧弁３６により設定圧力に減圧された後、絞り３８により流量を絞られる。
【００４０】
さらに、絞り３８より吐出されたガスは、作動圧力ＰＬ として作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０内に供給されるとともに、その一部が１次圧力供給管路４０を介してパイロット弁３３のノズル３３ｆに供給される。従って、弁体５のピストン１２の下部には、上流側管路３ａの１次圧力Ｐ１ が作用し、ピストン１２の上部には圧力室２０の作動圧力ＰＬ （閉弁時は減圧弁３６により減圧された設定圧力）が作用する。
【００４１】
従って、圧力室２０の作動圧力ＰＬ と１次圧力Ｐ１ との圧力差が弁体５を開弁させうる圧力差に達していないとき、弁体５は作動圧力ＰＬ とバネ２５の押圧力とにより下方に押圧されて弁座４にピストン１２を着座させる。つまり、弁体５は弁閉状態となり流路３を遮断する。
【００４２】
ここで、下流側でのガス使用量が増加すると、２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下する。
このように、２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下することにより、パイロット弁３３の上室３３ｃ内の圧力が低下するため、ダイヤフラム３３ａ，３３ｂは上方に変位する。その結果、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆより離間する。
【００４３】
これにより、１次圧力供給管路４０を介して供給されたガスは、ノズル３３ｆより中室３３ｄに吐出し、ブリード管路３２へ流出する。１次圧力供給管路３１には絞り３８が設けられているため、ノズル３３ｆの弁開により圧力室２０のガスは、作動圧力供給管路３４及び１次圧力供給管路４０を通過してパイロット弁３３の中室３３ｄに流出する。さらに、中室３３ｄ内のガスはブリード管路３２を介して下流側管路７に流出する。
【００４４】
そのため、作動圧力導入管路３４及び圧力室２０のガスがブリード管路３２へ流出して作動圧力ＰＬ が低下する。その結果、図３に示すように、圧力室２０の作動圧力ＰＬ とバネ２５の押圧力との合力が、上流側流路３ａの１次圧力Ｐ１ による押圧力よりも小さくなり、この圧力差により弁体５が上動してピストン１２が弁座４より離座する。
【００４５】
弁体５の下部には円筒状のケージ１３が取付けられているため、弁体５は、下部のケージ１３がケージガイド１１にガイドされながら弁開方向に変位する。そのため、弁体５は流体圧力のあおり振動を受けず弁座４に対して傾いたりせず、安定的に弁開動作する。
【００４６】
このように、作動圧力ＰＬ は、減圧弁３６により減圧され、且つ絞り３８により流量が制限されて圧力室２０に供給されるため、図４に示すようにノズル３３ｆからブリード管路３２へ流出するブリード量を従来よりも減少させることができる。よって、パイロット弁３３のノズル３３ｆを開閉するダイヤフラム３３ａのリフト量が５０％以下の領域において、ブリード量は低流量域で可変されることになる。
【００４７】
従って、下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下してダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆから離間して開弁状態にあるときに、さらに２次圧力Ｐ２ が低下してもダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆから離間方向に変位することにより、ブリード量を増大させて弁体５を開弁方向に駆動させることができる。
【００４８】
よって、圧力制御弁１は２次圧力Ｐ２ の変動に応じて上記パイロット弁３３が開閉動作し、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａの変位に比例してブリード量を調整することができる。そのため、圧力制御弁１は常に２次圧力Ｐ２ が目標圧力となるように圧力制御することができる。
【００４９】
また、ケージ１３には、前述したように台形状の開口１３ａが穿設されているため、弁体５が弁座４より離間しても急激に開口面積が増大せず、下流側への流量は徐々に増えることになる。即ち、ケージ１３に設けられた開口１３ａの形状により、容量又は特性の変更を行うことができる。従って、弁開しはじめたところでは、流量増加率が小さく抑えられ、ある距離以上弁体５が上昇すると流量増加率が上昇するようにできる。
【００５０】
また、弁体５の開弁動作により上流側流路３ａからの流体は、ケージガイド１１の長孔１１ａ及び多孔板１５により整流され、開弁と同時に下流側流路３ｂに勢い良く流れることが防止される。
従って、弁体５が弁開方向に変位して、弁座４より抜け出した開口１３ａの総開口面積に応じた流量が下流側流路３ｂに供給されることになり、特に小流量域での制御が安定する。そのため、弁体５の弁開動作時、流量が急激に増加して小流量域の制御ができないといった不都合が解消される。従って、２次圧力Ｐ２ は徐々に上昇し、ハンチングの発生が防止される。
【００５１】
次に、下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が上昇した場合の上記圧力制御弁１の動作について説明する。
下流側でのガス使用量が減少すると、２次圧力Ｐ２ が設定圧力Ｐ０ より上昇し、その圧力は検出管路３５を介してパイロット弁３３の上室３３ｃに供給される。そして、パイロット弁３３は上室３３ｃの圧力上昇によりダイヤフラム３３ａが下動して、ノズル３３ｆからの流出量を絞る。
【００５２】
下流側でのガス使用量が減少して下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が目標圧力よりも高い圧力に上昇したとき、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａが下方に変位してノズル３３ｆが閉弁される。そのため、パイロット弁３３からブリード管路３２へ流出するブリード量がゼロとなり、その結果、１次圧力供給管路３１からの供給された圧力は、すべて作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０に供給される。よって、圧力室２０の作動圧力が上昇するため、弁体５は弁閉方向に変位して下流側管路７への流量を絞り２次圧力Ｐ２ を目標圧力まで減圧させる。
【００５３】
尚、上記前提例１では、ピストン１２が圧力室２０と上流側流路３ａとの間を画成する構成であったが、これに限らず、例えば圧力室２０と上流側流路３ａとの間をダイヤフラムにより画成する構成としても良いのは勿論である。
図５に本発明の前提例２を示す。
【００５４】
同図中、５１はモータ駆動方式の減圧弁（減圧手段）で、１次圧力供給管路３１に配設されている。この減圧弁５１は、制御装置５２からの信号により弁開度を変更して絞り３８へ供給される圧力を調整する。
減圧弁５１は、モータ５１ａと、モータ５１ａにより弁開又は弁閉方向に駆動される弁軸５１ｂと、弁軸５１ｂに端部に設けられた弁体５１ｃと、弁体５１ｃが離座又は着座する弁座５１ｄと、よりなる。また、モータ５１ａの回転軸５１ｅには、ウォームギヤが形成されており、弁軸５１ｂに交差した状態で螺合している。
【００５５】
５２は制御装置で、通常減圧弁５１のモータ５１ａに開弁信号を出力しており、下流側の２次圧力Ｐ2 が目標圧力より低下したとき弁開度を絞り、絞り３８へ供給される圧力を減圧する。５３は圧力センサで、下流側管路７の２次圧力Ｐ2 を検出し、その検出信号を制御装置５２に出力する。従って、制御装置５２は、圧力センサ５３からの検出信号に基づいてモータ５１ａの回転量を制御して減圧弁５１の弁開度を変更させる。
【００５６】
従って、上記減圧弁５１により作動圧力ＰL として供給される１次圧力Ｐ1 を減圧するため、前述した図１乃至図３に示す前提例１と同様に少ないブリード量の流量変化で作動圧力ＰL を可変させることが可能になり、弁体５を２次圧力Ｐ2の圧力変化に応じて速やかに動作させることができる。よって、圧力制御動作時のオフセットを小さくできるとともに、常に２次圧力Ｐ2 が目標圧力を保つように安定的に弁開度を制御できる。
【００５７】
図６乃至図８に本発明の一実施例を示す。尚、図６は本発明になる圧力制御装置の一実施例の概略構成図であり、図７は減圧弁の内部を拡大して示す縦断面図であり、図８は図７中ＶIII −ＶIII 線に沿う縦断面図である。また、図６において前述した図１と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
減圧弁（減圧手段）６１は、１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差となるような作動圧力以上で減圧動作して所望の圧力（減圧値）になるように１次圧力Ｐ１ を減圧するように構成されている。
【００５９】
この減圧弁６１は、１次圧力供給管路３１ａが接続された１次圧力導入ポート６２と、絞り３８を有する作動圧力供給管路３１ｂが接続された作動圧力吐出ポート６３と、上流側管路６の１次側接続口６ｂから引き出された１次圧力供給管路６４が接続された１次圧力検出ポート６５と、検出管路３５から分岐した２次圧力供給管路６６が接続された２次圧力検出ポート６７と、を有する。
【００６０】
また、減圧弁６１は、減圧弁本体６８の内部に、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位するピストン（変位部材）６９と、ピストン６９の変位に応じて絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯを調整する圧力調整弁７０と、が設けられている。上記減圧弁本体６８は、第１〜第４ブロック７１〜７４よりなり、この第１〜第４ブロック７１〜７４をボルト７５，７６の締め付けにより一体的に結合させた構成となっている。
【００６１】
上記第１ブロック７１には上記作動圧力吐出ポート６３が設けられ、第２ブロック７２には上記１次圧力導入ポート６２を有する１次圧力導入部材７７が横方向から挿入されている。そして、第３ブロック７３には上記１次圧力検出ポート６５が設けられ、第４ブロック７４には上記２次圧力検出ポート６７が設けられている。尚、１次圧力導入部材７７には１次圧力導入ポート６２に連通する通路７７ａが設けられ、１次圧力導入部材７７の中間部分には通路７７ａに連通する弁座８５が固着されている。
【００６２】
ピストン６９は、減圧弁本体６８内に形成された空間６８ａに摺動可能に挿入されており、上記絞り弁前段圧力ＰＬＯと１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ との圧力バランスに応じてＹａ，Ｙｂ方向に摺動する。また、第４ブロック７４に設けられた空間７４ａには、ピストン６９をＹａ方向に押圧するコイルスプリング７８が組み込まれている。
【００６３】
また、ピストン６９は、第３ブロック７３の大径シリンダ７３ａ内を摺動する大径部６９ａと、第３ブロック７３の小径シリンダ７３ｂ内を摺動する小径部６９ｂとを有し、大径部６９ａ及び小径部６９ｂの外周には大径シリンダ７３ａ，小径シリンダ７３ｂの各内壁との間をシールするシール部材７９，８０が設けられている。
【００６４】
さらに、ピストン６９の上端には、１次圧力導入部材７７を跨ぐように逆Ｕ字状に形成された弁部８１がボルト８２の締め付けにより固定されている。この弁部８１の中央に設けられた孔８１ａには、作動圧力調整弁７０のシート部８３が挿入されており、シート部８３はビス８４の締め付けにより孔８１ａ内に固定されている。そのため、シート部８３は、ピストン６９がＹａ，Ｙｂ方向に摺動することにより、１次圧力導入部材７７の中間部分に設けられた弁座８５に対して離間又は近接方向に移動する。これにより、作動圧力調整弁７０は、弁開又は弁閉動作する。
【００６５】
ピストン６９において、大径部６９ａの下面と小径部６９ｂの下端との受圧面積比は、圧力制御弁１の内部に設けられたピストン１２に作用する１次圧力Ｐ１ と２次圧力Ｐ２ との受圧面積比と同じになるように設定されている。
従って、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ によるＹａ方向への押圧力と絞り弁前段圧力ＰＬＯによるＹｂ方向への押圧力と等しいとき、ピストン６９はコイルスプリング７８のばね力によりＹａ方向へ移動する。また、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の合計値に対して絞り弁前段圧力ＰＬＯが所定値以上大きくなったとき、ピストン６９はＹｂ方向へ移動する。
【００６６】
また、ピストン６９がＹａ方向に摺動すると作動圧力調整弁７０が開弁して減圧弁６１から吐出される絞り弁前段圧力ＰＬＯが上昇し、ピストン６９がＹｂ方向に摺動すると作動圧力調整弁７０が閉弁して減圧弁６１から吐出される絞り弁前段圧力ＰＬＯが低下する。このように、作動圧力調整弁７０の開閉動作により作動圧力吐出ポート６３から絞り３８に吐出される圧力ＰＬＯが調整される。
【００６７】
ここで、上記構成とされた圧力制御弁１のピストン１２と減圧弁６１のピストン６９との圧力バランスの作用について説明する。
上流側流路３ａから供給された１次圧力Ｐ１ が作用するピストン１２の受圧面積をＡ１ とし、下流側流路３ｂの２次圧力Ｐ２ が作用するピストン１２の受圧面積をＡ２ とする。そして、ピストン６９の大径部６９ａの下面の受圧面積をＡｐ１とし、小径部６９ｂの下端の受圧面積をＡｐ２とした場合、圧力制御弁１のピストン１２と減圧弁６１のピストン６９との面積比の関係は次式のように表せる。
【００６８】
Ａ１ ：Ａ２ ＝Ａｐ１：Ａｐ２ … （１）
そして、ピストン６９では、大径部６９ａと小径部６９ｂとの受圧面積比が圧力制御弁１のピストン１２に作用する１次圧力Ｐ１ と２次圧力Ｐ２ との受圧面積比と同じになるように設定されているので、次のような圧力比をＸ１ ，Ｘ２ とすることができる。
【００６９】
また、ピストン６９において作用する各圧力とコイルスプリング７８のばね力Ｆｐ との釣り合いを考えると次式が成り立つ。
【００７０】
この（５）式に上記（２）（３）式を代入すると次式のようになる。
【００７１】
ＰＬＯ＝Ｘ１ ・Ｐ１ ＋Ｘ２ ・Ｐ２ ＋Ｆｐ ／（Ａｐ１＋Ａｐ２） … （６）
減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の変動に応じて（６）式が成り立つように絞り弁前段圧力ＰＬＯを設定する。
次に、圧力制御弁１において作用する各圧力とコイルスプリング２５のばね力Ｆｖ との釣り合いを考えると次式が成り立つ。
【００７２】
この（８）式に上記（２）（３）式を代入すると次式のようになる。
【００７３】
ＰＬ ＝Ｘ１ ・Ｐ１ ＋Ｘ２ ・Ｐ２ −ＦＶ ／（Ａ１ ＋Ａ２ ） … （９）
圧力制御弁１は、作動圧力ＰＬ が（９）式により成り立つ圧力値より低い圧力になったときピストン１２が開弁動作する。
そして、上記（６）（９）より絞り弁前段圧力ＰＬＯと作動圧力ＰＬ との差は、次式のように表せる。
【００７４】
ＰＬＯ−ＰＬ ＝Ｆｐ ／（Ａｐ１＋Ａｐ２）＋ＦＶ ／（Ａ１ ＋Ａ２ ） … （１０）
この（１０）より、ＰＬＯ−ＰＬ は１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ に無関係に設定可能であることが分かる。
従って、減圧弁６１は、ピストン６９の動作により絞り弁前段圧力ＰＬＯを１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ に応じた圧力値に自動的に設定することができる共に、絞り弁前段圧力ＰＬＯ及び作動圧力ＰＬ を１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の影響を受けないように調整することができる。
【００７５】
次に、上記１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合の減圧弁６１の動作につき説明する。
例えば、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が上昇した場合、圧力制御弁１のピストン１２を下側から持ち上げようとする力が増大し、これに釣り合うピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も圧力条件変更前よりも増大する。ところが、減圧弁６１の減圧量が圧力条件変更後に調整されなかった場合、絞り弁前段圧力ＰＬＯが上昇していないため、ピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ よりもピストン１２の下側に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の方が大きくなってしまう。この場合、圧力制御弁１は、パイロット弁３３の２次圧力Ｐ２ 検知による開弁動作で作動圧力ＰＬ を減圧するブリード動作が行われなくてもピストン１２が勝手に上動して開弁動作することになる。
【００７６】
これは、図４に示すブリード量とパイロット弁３３のリフト量との関係に置き換えると、制御領域が５０％以下にシフトしたのと同じ状態になり、ブリード量がゼロでもピストン１２を有する弁体５が開弁動作することを意味する。
しかしながら、本実施例の減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の大きさに応じてピストン６９が摺動変位して圧力調整弁７０の弁開度（減圧量）が調整されるため、このような問題を解消できる。
【００７７】
すなわち、減圧弁６１では、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が上昇した場合、ピストン６９がＹａ方向に摺動するため、弁部８１に設けられたシート部８３が弁座８５から離間して作動圧力調整弁７０を弁開させる。その際、ピストン６９は１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ 、コイルスプリング７８のばね力と絞り弁前段圧力ＰＬＯが釣り合う位置までＹａ方向に変位する。
【００７８】
その結果、１次圧力供給管路３１ａを介して供給された１次圧力Ｐ１ がピストン６９の摺動変位に応じた減圧圧力に減圧され、減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは作動圧力調整弁７０の弁座８５からピストン６９上部に吐出される。そのため、作動圧力供給管路３１ｂを介して絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯが増圧される。
【００７９】
この絞り弁前段圧力ＰＬＯは、絞り３８により流量が絞られて作動圧力ＰＬ となり、さらに作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０に導入され、圧力室２０の圧力が増圧される。そのため、ピストン１２を上方に押圧する１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ の増圧に応じてピストン１２を下方に押圧する作動圧力ＰＬ も増圧することでパイロット弁３３のブリード動作なしにピストン１２が勝手に上動することが避けられ、２次圧力Ｐ２ は予め設定された設定圧力を保つように制御される。
【００８０】
ピストン６９の大径部６９ａの下面と小径部６９ｂの下端との受圧面積比は、ピストン１２の下面に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の受圧面積比と同じであるため、減圧弁６１に減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは、ピストン１２の下面に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ と釣り合う作動圧力ＰＬ よりもコイルスプリング７８のばね力と大径部６９ａの面積分に圧力だけ１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ と無関係に大きくなる。これにより、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が増大しても圧力制御弁１の制御領域は、図４に示す本実施例の制御領域に確保される。
【００８１】
次に、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が低下した場合、ピストン１２の下側に作用する力が減少し、これと釣り合うピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も圧力条件変更前よりも小さくなる。ところが、減圧弁６１の減圧量が圧力条件変更後に調整されなかった場合、絞り弁前段圧力ＰＬＯが減少しないため、ピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ による力よりもピストン１２の下側に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の力の方が小さくなってしまう。そのため、パイロット弁３３のブリード量を圧力条件変更前よりも多くしないと、圧力制御弁１の弁体５が開弁動作しないことになる。
【００８２】
これは、図４に示すブリード量とパイロット弁３３のリフト量との関係に置き換えると、制御領域が５０％以上にシフトしたのと同じ状態になり、ブリード量を増大させないと圧力制御弁１が開弁せず、２次圧力Ｐ２ の圧力調整動作の応答性が低下することを意味しており、下流側のガス使用量が増大して２次圧力Ｐ２ が減少しても圧力制御弁１の弁体５が開弁せずガス供給が遅れてしまうことになる。
【００８３】
しかしながら、本実施例の減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の大きさに応じてピストン６９が摺動変位して圧力調整弁７０の弁開度（減圧量）が調整されるため、このような問題を解消できる。
すなわち、減圧弁６１では、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が低下した場合、ピストン６９がＹｂ方向に摺動するため、弁部８１に設けられたシート部８３が弁座８５に近接して作動圧力調整弁７０を弁閉させる。その際、ピストン６９は１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ 、コイルスプリング７８のばね力と絞り弁前段圧力ＰＬＯが釣り合う位置までＹｂ方向に変位する。
【００８４】
その結果、１次圧力供給管路３１ａを介して供給された１次圧力Ｐ１ がピストン６９の摺動変位に応じた減圧圧力に減圧され、この減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは作動圧力調整弁７０の弁座８５からピストン６９上部に吐出される。そのため、作動圧力供給管路３１ｂを介して絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯが減圧される。
【００８５】
この減圧動作により、ピストン１２を下側に作用する１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ の低下に応じてピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も減圧されるため、パイロット弁３３のブリード量を増大させて弁体が開弁動作しないことが避けられ、２次圧力Ｐ２ は設定圧力を保つように制御される。
【００８６】
また、上記のように１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が増圧された場合と同様に１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が減少しても圧力制御弁１の制御領域は、図４に示す本実施例の制御領域に確保される。
このように、パイロット弁３３のパイロット設定圧力Ｐ０ を調整するだけで減圧弁６１は１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の変動に応じた大きさの絞り弁前段圧力ＰＬＯを生成することができ、面倒な減圧弁の調整作業が不要になると共に、減圧弁の調整を忘れても圧力制御弁１が誤動作してしまうことを防止できる。
【００８７】
また、上記減圧弁６１では、各圧力の変動に応じてピストン６９が変位する構成としたが、これに限らず、例えば各圧力の変動に応じてダイヤフラムが変位し、このダイヤフラムの変位により絞り弁前段圧力ＰＬＯを調整するようにしても良い。
【００８８】
尚、上記各実施例では、ガスの圧力制御するものとして説明したが、ガス以外の気体あるいは液体等の圧力を制御するようにしても良い。
【００８９】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項１の発明によれば、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、絞りに供給される１次圧力を減圧手段により減圧することにより、絞りから弁駆動部に供給される作動圧力の最大値は減圧手段に設定された所定の圧力に減圧されるので、２次圧力が低下しパイロット弁が開弁した場合には、短時間で１次圧力と作動圧力との圧力差が弁体を駆動させるための所定の圧力差以下になる。従って、パイロット弁が開弁したとき、少ないブリード量の領域で弁体を駆動させることができるので、弁体を安定且つ速やかに変位させて下流側の２次圧力を制御することができ、圧力調整の応答性を高めることができる。さらに、弁駆動部への作動圧力を安定に可変させて作動圧力調整動作時のオフセットを小さくできるとともに、２次圧力が常に目標圧力を保つように安定制御できる。
【００９０】
また、請求項２の発明によれば、1 次圧力及び 2 次圧力と作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力と作動圧力との変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、１次圧力及び２次圧力の増圧時に弁本体に設けられた弁体が勝手に開弁したり、あるいは１次圧力及び２次圧力の減少時にパイロット弁が開弁してブリード量を増大させているにも拘わらず弁体が開弁動作しなかったりすることを防止でき、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合でも、１次圧力及び２次圧力とは無関係に２次圧力を設定圧力に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる圧力制御弁の前提例１の概略構成図である。
【図２】圧力制御弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】開弁動作を示す縦断面図である。
【図４】パイロット弁のリフト量とブリード量との関係を示すグラフである。
【図５】前提例２の縦断面図である。
【図６】本発明になる圧力制御装置の一実施例の概略構成図である。
【図７】減圧弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【図８】図７中ＶIII −ＶIII 線に沿う縦断面図である。
【符号の説明】
１ 圧力制御弁
２ 弁本体
５ 弁体
１２ ピストン
２０ 圧力室
３０ 圧力制御部
３１ １次圧力供給管路
３２ ブリード管路
３３ パイロット弁
３４ 作動圧力導入管路
３６，５１ 減圧弁
３８ 絞り
５２ 制御装置
６１ 減圧弁
６２ １次圧力導入ポート
６３ 作動圧力吐出ポート
６４ １次圧力供給管路
６５ １次圧力検出ポート
６６ ２次圧力供給管路
６７ ２次圧力検出ポート
６９ ピストン
７０ 作動圧力調整弁
【発明の属する技術分野】
本発明は圧力制御装置に係り、特に下流側管路の２次圧力が目標圧力を保つように応答性良く弁体を駆動させるよう構成した圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、都市ガス等を給送する管路には、下流側の２次圧力が予め設定された目標圧力となるように圧力を制御する圧力制御装置が設けられている。一般に、圧力制御装置は、下流側の圧力変動に応じて弁駆動部に供給される作動圧力（ジャケット圧力とも言う）を調整するパイロット弁と、弁駆動部に供給された作動圧力に基づいて弁開度を可変して下流側の２次圧力を目標圧力に制御する圧力制御弁とを有する。そして、圧力制御弁には、弁体に対し１次圧力が閉弁方向に作用する「アンローディング形」と、弁体に対し１次圧力が開弁方向に作用する「ローディング形」とがある。
【０００３】
上記アンローディング形の圧力制御弁では、弁駆動部に供給された作動圧力と弁体に作用する１次圧力との圧力差により弁体を開又は閉方向に駆動させて弁開度を可変させて２次圧力が所定の目標圧力となるように圧力制御を行う。
そして、作動圧力が１次圧力と等しいとき、弁体が閉弁位置に保持される。そのため、下流側でのガス使用量が増大して２次圧力が低下すると、パイロット弁が開弁して作動圧力が減圧され、これにより弁体が開弁し、下流側管路への供給ガス量が増大する。さらに、作動圧力が２次圧力に近い圧力まで低下すると、弁体が全開位置に変位し、下流側管路への供給ガス量がさらに増大する。
【０００４】
また、下流側でのガス使用量が減少して下流側管路の２次圧力が目標圧力以上に増大すると、パイロット弁の閉弁動作により作動圧力が高まり、これにより圧力制御弁の弁開度が絞られて下流側管路への供給ガス量が減少する。よって、下流側管路の２次圧力が目標圧力に保たれる。
【０００５】
このように、２次圧力が変動すると、パイロット弁の開閉動作により作動圧力が変化して圧力制御弁の弁開度が調整され、その結果下流側管路の２次圧力が目標圧力に制御される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記従来の構成では、２次圧力が低下した場合、パイロット弁は開弁動作し、弁駆動部の作動圧力が低下し始め、この作動圧力と１次圧力との差圧が所定の差圧以上になると、圧力制御弁が開弁動作して２次圧力を目標圧力に制御するので、パイロット弁が開弁してから上記１次圧力と作動圧力との差圧が所定の差圧になるまでに時間がかかり、このため２次圧力を目標圧力に制御するのに時間がかかってしまうという問題があった。
【０００７】
また、上記問題を解決するため、１次圧力を作動圧力として圧力制御弁の圧力室に供給する管路に減圧弁を設けてパイロット弁の開弁動作により作動圧力を低下させることが考えられているが、その場合、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更されると、その都度減圧弁による減圧値を調整しなければならない。さらに、減圧弁の調整作業が面倒であり、例えば減圧弁の調整をしないまま圧力条件が変更された場合には、パイロット弁が作動していないのに圧力制御弁が開弁動作してしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題を解決した圧力制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１の発明は、流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力とが導入され、前記１次圧力と前記２次圧力の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、上記請求項１によれば、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、減圧手段により絞りに供給される１次圧力を減圧することにより、絞りから弁駆動部に供給される作動圧力の最大値は減圧手段に設定された所定の圧力に減圧されるので、２次圧力が低下しパイロット弁が開弁した場合には、１次圧力と作動圧力との圧力差が弁体を駆動させるための所定の圧力差以下になる。従って、２次圧力の圧力調整の応答性が高められる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
前記減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力と前記作動圧力とが導入され、前記１次圧力及び前記２次圧力と前記作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とするものである。
【００１２】
従って、請求項２によれば、1 次圧力及び 2 次圧力と作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力と作動圧力との変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、１次圧力及び２次圧力の増圧時に弁本体に設けられた弁体が勝手に開弁したり、あるいは１次圧力及び２次圧力の減少時にパイロット弁が開弁してブリード量を増大させているにも拘わらず弁体が開弁動作しなかったりすることを防止でき、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合でも、１次圧力及び２次圧力とは無関係に２次圧力を設定圧力に制御することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に本発明になる圧力制御装置の前提例１を示す。尚、図１は圧力制御装置の概略構成図であり、図２は圧力制御弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【００１４】
圧力制御装置は、圧力制御弁１と、後述する圧力制御部３０とよりなる。圧力制御弁１は、例えばガス供給ラインに設けられており、弁本体２内の流路３に設けられた弁座４に対し弁体５を弁開、弁閉方向に動作させることにより下流側の２次圧力を所定の目標圧力に制御する。
【００１５】
弁本体２は左側方に上流側管路６が接続される上流側フランジ２ａを有し、下方には下流側管路７が接続される下流側フランジ２ｂを有する。上流側フランジ２ａの中央には流路３の一端に連通する流入口２ｃが開口し、下流側フランジ２ｂの中央には流路３の他端に連通する流出口２ｄが開口する。
【００１６】
流路３は、弁本体２の内部を横切るように形成された隔壁８により、流入口２ｃに連通する上流側流路３ａと、流出口２ｄに連通する下流側流路３ｂとに画成されている。ここで、上流側流路３ａの圧力は１次圧力Ｐ１ 、下流側流路３ｂの圧力は２次圧力Ｐ２ と表す。本実施例では、例えば１次圧力Ｐ１ ＝７０ｋｇ／ｃｍ２ とかなり高圧に設定されている。
【００１７】
そして、上記弁座４はリング状に形成され、隔壁８に穿設された中央孔９に嵌合しており、ボルト１０の締め付けにより隔壁８に固定されている。また、弁体５が弁閉動作により下降すると、ピストン１２のシート部１２ａが弁座４の上面に当接する。
【００１８】
弁座４の下方には、ケージガイド１１が設けられている。このケージガイド１１は、円筒状に形成されており、この円筒部分には内周と外周とを貫通する複数の長孔１１ａが穿設されている。また、ケージガイド１１は、上端鍔部にボルト１５ｂにより多孔板１５が固定される。
【００１９】
ケージガイド１１の全周には複数の長孔１１ａが一定間隔毎に設けられているので、絞りとしても機能しており、弁体５が開弁動作した際、流体の流れを絞り流速を減速する。そのため、１次圧力Ｐ１ が高圧に設定されていても、弁座４を通過する流速が減速されて小流量域での圧力制御がしやすくなっている。
【００２０】
弁体５は、弁座４の上方で上下方向に摺動自在に設けられたピストン１２と、ピストン１２の下方に一体的に設けられたケージ１３と、をボルト１４により一体的に結合させてなる。ピストン１２は、その下面に閉弁動作時に弁座４に当接するシート部１２ａを有し、外周の溝にはＯリング１２ｂが嵌合している。ケージ１３は、前述したケージガイド１１の内周に嵌合してピストン１２の摺動をガイドする。
【００２１】
また、ケージ１３の周面には、流体が通過するための複数の開口１３ａが穿設されている。この開口１３ａは台形状に形成されており、弁体５の移動量に応じて開口面積が増加するようになっている。即ち、弁体５が開弁動作を開始したときは開口面積が小さく、弁座４を通過する流量が絞られており、弁体５の弁開度が大きくなるにつれて開口面積が大きくなって流量が増大する。
【００２２】
そのため、弁体５が開弁動作を開始したときに急激に流量が増加せず、弁体５の開弁動作とともに徐々に流量が増加することになり、小流量域での圧力制御がしやすくなっている。
ケージガイド１１の周囲には、円筒状の多孔板１５が配設されている。この多孔板１５は、外周面に多数の孔が穿設されている。そのため、上流側流路３ａから弁座４を通過した流体（本実施例ではガス）は、多孔板１５の孔を通過して下流側流路３ｂへ流出し、多孔板１５の孔を通過する過程で整流される。
【００２３】
また、ピストン１２の中央には、垂直方向に延在する位置検出ロッド１６がボルト１７により固定されている。位置検出ロッド１６は、上端１６ａが蓋１８の上部に突出しており、上端１６ａの摺動高さ位置により弁体５の移動量、即ち弁開度が分かる。
【００２４】
弁本体２の上部開口２ｅを塞ぐ蓋１８は、ボルト１９により弁本体２に固定される。弁体５と蓋１８との間には圧力室２０が形成されており、蓋１８の外周には圧力室２０に圧力を導入する圧力導入孔１８ａが穿設されている。
尚、上記圧力室２０に供給される圧力値によって弁体５が弁開又は弁閉方向に動作するため、圧力室２０、ピストン１２により弁駆動部が構成されている。
【００２５】
２１はピストンガイドで、外周より半径方向に突出し弁本体２の上部開口２ｅに嵌合して段部２ｆに当接する鍔部２１ａと、内周に形成されピストン１２の外周が摺動するガイド面２１ｂとを有する。ピストンガイド２１は、鍔部２１ａにボルト３７が挿通される孔２１ｄが穿設されており、このボルト３７が段部２ｆのねじ孔に螺合して弁本体２に固定される。また、ピストンガイド２１の外周の溝には、弁本体２及び蓋１８との間をシールするＯリング２１ｃが配設されている。
【００２６】
２４はバネ押さえで、ピストン１２を弁座４に押圧するピストン押圧用のコイルスプリング２５の上端部に当接する。このバネ押さえ２４は、蓋１８の中央孔１８ｂ内に嵌合し、底部にコイルスプリング２５の上端が当接する凹部２４ａを有し、中央には位置検出ロッド１６を軸承する軸受２７が嵌合している。また、コイルスプリング２５の下端はピストン１２の凹部１２ｃに当接している。従って、弁体５はコイルスプリング２５の押圧力により閉弁方向に付勢されている。
【００２７】
２８は弁開度表示部材で、蓋１８の上面にネジ止めされて上記バネ押さえ２４の上端鍔部を蓋１８の上面に押圧する。弁開度表示部材２８は弁開度を表示する目盛り２８ａと、目盛り２８ａを見るための窓２８ｂとを有する。前述した位置検出ロッド１６の上端１６ａは、弁開度表示部材２８の窓２８ｂから視認することができる。従って、上端１６ａの摺動位置に一致する目盛り２８ａを読み取ることにより弁体５の弁開度が分かる。
【００２８】
３０は圧力制御部で、１次圧力供給管路（連通管路）３１，４０と、ブリード圧力を下流側へ逃がすブリード管路３２と、パイロット弁３３と、圧力室２０に作動圧力ＰＬ （ジャケット圧力とも言う）を導入する作動圧力導入管路３４と、パイロット弁３３に下流側の検出圧力（２次圧力Ｐ２ ）を供給する検出管路３５と、よりなる。
【００２９】
また、１次圧力供給管路３１は、一端が上流側管路６の１次側接続口６ａに接続され、他端が１次圧力供給管路３１，４０の分岐点４１に接続されている。そして、１次圧力供給管路３１には、上流側管路６からの１次圧力Ｐ１ を減圧する減圧弁（減圧手段）３６と、減圧弁３６により減圧されたガスの流量を制限する絞り３８と、が配設されている。
【００３０】
さらに、作動圧力導入管路３４は、一端が１次圧力供給管路３１と１次圧力供給管路４０との分岐点４１に接続され、他端が蓋１８の圧力導入孔１８ａに接続されている。従って、圧力室２０には、上記減圧弁３６により減圧され、且つ絞り３８により流量を制限された作動圧力ＰＬ が供給される。
【００３１】
１次圧力供給管路４０は、一端が１次圧力供給管路３１及び作動圧力導入管路３４との分岐点４１に接続され、他端がパイロット弁３３のノズル３３ｆに接続されている。
パイロット弁３３は一対のダイヤフラム３３ａ，３３ｂにより上室３３ｃ、中室３３ｄ、下室３３ｅに画成されている。中室３３ｄには２次圧力供給管路４０に接続されたノズル３３ｆが設けられ、下室３３ｅにはダイヤフラム３３ｂを押圧するコイルバネ３３ｇが介在する。尚、コイルバネ３３ｇは調整ネジ３３ｈを回わすことによりバネ力の大きさが変更され、パイロット設定圧力Ｐ０ が調整される。
【００３２】
従って、パイロット設定圧力Ｐ０ を変更することにより圧力制御弁１の下流の２次圧力Ｐ２ が所望の目標圧力に設定される。また、一対のダイヤフラム３３ａ，３３ｂは互いに連結され同方向に変位する構成であり、ダイヤフラム３３ａは上室３３ｃの圧力上昇によりノズル３３ｆより流出する流量を絞り、上室３３ｃの圧力降下によりノズル３３ｆより流出する流量を増大させる。
【００３３】
ブリード管路３２は、一端がパイロット弁３３の中室３３ｄに接続され、他端が下流側管路７の２次側接続口７ａに接続されている。従って、中室３３ｄに供給されたガスは、ブリード管路３２を通って下流側管路７へ逃げる。
上記検出管路３５は、一端がパイロット弁３３の上室３３ｃに接続され、他端が下流側管路７の２次側接続口７ｂに接続されている。そのため、パイロット弁３３の上室３３ｃは、下流側の２次圧力Ｐ２ の変化に応じた圧力となる。
【００３４】
上記減圧弁３６は、１次圧力Ｐ１ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差となるような作動圧力以上で、且つ１次圧力以下の圧力（減圧値）になるように１次圧力Ｐ１ を減圧するものである。この減圧弁３６は、ダイヤフラム３６ａを有する弁駆動部３６ｂと、ダイヤフラム３６ａに連結された弁体３６ｃと、ダイヤフラム３６ａにより画成された上室３６ｄ，下室３６ｅと、上室３６ｄに設けられダイヤフラム３６ａを開弁方向に付勢するコイルばね３６ｆと、を有する。
【００３５】
弁体３６ｃは、ダイヤフラム３６ａが上方に変位すると弁座３６ｇに近接し、ダイヤフラム３６ａが下方に変位すると弁座３６ｇから離間する。また、コイルばね３６ｆのばね力により絞り３８に供給される圧力が任意の圧力に設定され、コイルばね３６ｆのばね力は調整ネジ３６ｈにより調整される。尚、上室３６ｄは大気圧となっている。
【００３６】
３９は１次圧力検出管路で、一端が減圧弁３６の下室３６ｅに接続され、他端が減圧弁３６と絞り３８との間の１次圧力供給管路３１に接続されている。そのため、減圧弁３６の下室３６ｅには、減圧弁３６により減圧された圧力が供給されている。
【００３７】
従って、上記構成になる圧力制御弁１の圧力室２０に供給される作動圧力ＰＬ は、減圧弁３６により所定の圧力値（減圧値）に減圧され、且つ絞り３８により流量が制限されるとともに、絞り３８から吐出された流量と、パイロット弁３３よりブリード管路３２を介して下流側管路７へ流出された流量との差により決まる。
【００３８】
また、絞り３８には減圧弁３６により減圧されたガスが供給されるため、１次圧力Ｐ１ が作動圧力ＰＬ として直接供給されることがなく、２次圧力Ｐ２ の低下によりパイロット弁３３がブリード管路３２へのガス流出量（ブリード量）を増したとき、１次圧力Ｐ１ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差になるまでに作動圧力ＰＬ が低下する時間を従来よりも短縮することができる。従って、常に２次圧力Ｐ２ が目標圧力を保つように安定的に弁開度を制御できる。
【００３９】
ここで、上記構成になる圧力制御装置の圧力制御動作につき説明する。
上流側の１次圧力Ｐ１ は弁座４より上流側の上流側流路３ａに供給されるとともに、１次圧力供給管路３１に供給される。そして、１次圧力Ｐ１ は１次圧力供給管路３１に設けられた減圧弁３６により設定圧力に減圧された後、絞り３８により流量を絞られる。
【００４０】
さらに、絞り３８より吐出されたガスは、作動圧力ＰＬ として作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０内に供給されるとともに、その一部が１次圧力供給管路４０を介してパイロット弁３３のノズル３３ｆに供給される。従って、弁体５のピストン１２の下部には、上流側管路３ａの１次圧力Ｐ１ が作用し、ピストン１２の上部には圧力室２０の作動圧力ＰＬ （閉弁時は減圧弁３６により減圧された設定圧力）が作用する。
【００４１】
従って、圧力室２０の作動圧力ＰＬ と１次圧力Ｐ１ との圧力差が弁体５を開弁させうる圧力差に達していないとき、弁体５は作動圧力ＰＬ とバネ２５の押圧力とにより下方に押圧されて弁座４にピストン１２を着座させる。つまり、弁体５は弁閉状態となり流路３を遮断する。
【００４２】
ここで、下流側でのガス使用量が増加すると、２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下する。
このように、２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下することにより、パイロット弁３３の上室３３ｃ内の圧力が低下するため、ダイヤフラム３３ａ，３３ｂは上方に変位する。その結果、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆより離間する。
【００４３】
これにより、１次圧力供給管路４０を介して供給されたガスは、ノズル３３ｆより中室３３ｄに吐出し、ブリード管路３２へ流出する。１次圧力供給管路３１には絞り３８が設けられているため、ノズル３３ｆの弁開により圧力室２０のガスは、作動圧力供給管路３４及び１次圧力供給管路４０を通過してパイロット弁３３の中室３３ｄに流出する。さらに、中室３３ｄ内のガスはブリード管路３２を介して下流側管路７に流出する。
【００４４】
そのため、作動圧力導入管路３４及び圧力室２０のガスがブリード管路３２へ流出して作動圧力ＰＬ が低下する。その結果、図３に示すように、圧力室２０の作動圧力ＰＬ とバネ２５の押圧力との合力が、上流側流路３ａの１次圧力Ｐ１ による押圧力よりも小さくなり、この圧力差により弁体５が上動してピストン１２が弁座４より離座する。
【００４５】
弁体５の下部には円筒状のケージ１３が取付けられているため、弁体５は、下部のケージ１３がケージガイド１１にガイドされながら弁開方向に変位する。そのため、弁体５は流体圧力のあおり振動を受けず弁座４に対して傾いたりせず、安定的に弁開動作する。
【００４６】
このように、作動圧力ＰＬ は、減圧弁３６により減圧され、且つ絞り３８により流量が制限されて圧力室２０に供給されるため、図４に示すようにノズル３３ｆからブリード管路３２へ流出するブリード量を従来よりも減少させることができる。よって、パイロット弁３３のノズル３３ｆを開閉するダイヤフラム３３ａのリフト量が５０％以下の領域において、ブリード量は低流量域で可変されることになる。
【００４７】
従って、下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が目標圧力より低下してダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆから離間して開弁状態にあるときに、さらに２次圧力Ｐ２ が低下してもダイヤフラム３３ａがノズル３３ｆから離間方向に変位することにより、ブリード量を増大させて弁体５を開弁方向に駆動させることができる。
【００４８】
よって、圧力制御弁１は２次圧力Ｐ２ の変動に応じて上記パイロット弁３３が開閉動作し、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａの変位に比例してブリード量を調整することができる。そのため、圧力制御弁１は常に２次圧力Ｐ２ が目標圧力となるように圧力制御することができる。
【００４９】
また、ケージ１３には、前述したように台形状の開口１３ａが穿設されているため、弁体５が弁座４より離間しても急激に開口面積が増大せず、下流側への流量は徐々に増えることになる。即ち、ケージ１３に設けられた開口１３ａの形状により、容量又は特性の変更を行うことができる。従って、弁開しはじめたところでは、流量増加率が小さく抑えられ、ある距離以上弁体５が上昇すると流量増加率が上昇するようにできる。
【００５０】
また、弁体５の開弁動作により上流側流路３ａからの流体は、ケージガイド１１の長孔１１ａ及び多孔板１５により整流され、開弁と同時に下流側流路３ｂに勢い良く流れることが防止される。
従って、弁体５が弁開方向に変位して、弁座４より抜け出した開口１３ａの総開口面積に応じた流量が下流側流路３ｂに供給されることになり、特に小流量域での制御が安定する。そのため、弁体５の弁開動作時、流量が急激に増加して小流量域の制御ができないといった不都合が解消される。従って、２次圧力Ｐ２ は徐々に上昇し、ハンチングの発生が防止される。
【００５１】
次に、下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が上昇した場合の上記圧力制御弁１の動作について説明する。
下流側でのガス使用量が減少すると、２次圧力Ｐ２ が設定圧力Ｐ０ より上昇し、その圧力は検出管路３５を介してパイロット弁３３の上室３３ｃに供給される。そして、パイロット弁３３は上室３３ｃの圧力上昇によりダイヤフラム３３ａが下動して、ノズル３３ｆからの流出量を絞る。
【００５２】
下流側でのガス使用量が減少して下流側管路７の２次圧力Ｐ２ が目標圧力よりも高い圧力に上昇したとき、パイロット弁３３のダイヤフラム３３ａが下方に変位してノズル３３ｆが閉弁される。そのため、パイロット弁３３からブリード管路３２へ流出するブリード量がゼロとなり、その結果、１次圧力供給管路３１からの供給された圧力は、すべて作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０に供給される。よって、圧力室２０の作動圧力が上昇するため、弁体５は弁閉方向に変位して下流側管路７への流量を絞り２次圧力Ｐ２ を目標圧力まで減圧させる。
【００５３】
尚、上記前提例１では、ピストン１２が圧力室２０と上流側流路３ａとの間を画成する構成であったが、これに限らず、例えば圧力室２０と上流側流路３ａとの間をダイヤフラムにより画成する構成としても良いのは勿論である。
図５に本発明の前提例２を示す。
【００５４】
同図中、５１はモータ駆動方式の減圧弁（減圧手段）で、１次圧力供給管路３１に配設されている。この減圧弁５１は、制御装置５２からの信号により弁開度を変更して絞り３８へ供給される圧力を調整する。
減圧弁５１は、モータ５１ａと、モータ５１ａにより弁開又は弁閉方向に駆動される弁軸５１ｂと、弁軸５１ｂに端部に設けられた弁体５１ｃと、弁体５１ｃが離座又は着座する弁座５１ｄと、よりなる。また、モータ５１ａの回転軸５１ｅには、ウォームギヤが形成されており、弁軸５１ｂに交差した状態で螺合している。
【００５５】
５２は制御装置で、通常減圧弁５１のモータ５１ａに開弁信号を出力しており、下流側の２次圧力Ｐ2 が目標圧力より低下したとき弁開度を絞り、絞り３８へ供給される圧力を減圧する。５３は圧力センサで、下流側管路７の２次圧力Ｐ2 を検出し、その検出信号を制御装置５２に出力する。従って、制御装置５２は、圧力センサ５３からの検出信号に基づいてモータ５１ａの回転量を制御して減圧弁５１の弁開度を変更させる。
【００５６】
従って、上記減圧弁５１により作動圧力ＰL として供給される１次圧力Ｐ1 を減圧するため、前述した図１乃至図３に示す前提例１と同様に少ないブリード量の流量変化で作動圧力ＰL を可変させることが可能になり、弁体５を２次圧力Ｐ2の圧力変化に応じて速やかに動作させることができる。よって、圧力制御動作時のオフセットを小さくできるとともに、常に２次圧力Ｐ2 が目標圧力を保つように安定的に弁開度を制御できる。
【００５７】
図６乃至図８に本発明の一実施例を示す。尚、図６は本発明になる圧力制御装置の一実施例の概略構成図であり、図７は減圧弁の内部を拡大して示す縦断面図であり、図８は図７中ＶIII −ＶIII 線に沿う縦断面図である。また、図６において前述した図１と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
減圧弁（減圧手段）６１は、１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ と作動圧力ＰＬ との圧力差が弁体５を開弁させるのに必要な圧力差となるような作動圧力以上で減圧動作して所望の圧力（減圧値）になるように１次圧力Ｐ１ を減圧するように構成されている。
【００５９】
この減圧弁６１は、１次圧力供給管路３１ａが接続された１次圧力導入ポート６２と、絞り３８を有する作動圧力供給管路３１ｂが接続された作動圧力吐出ポート６３と、上流側管路６の１次側接続口６ｂから引き出された１次圧力供給管路６４が接続された１次圧力検出ポート６５と、検出管路３５から分岐した２次圧力供給管路６６が接続された２次圧力検出ポート６７と、を有する。
【００６０】
また、減圧弁６１は、減圧弁本体６８の内部に、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位するピストン（変位部材）６９と、ピストン６９の変位に応じて絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯを調整する圧力調整弁７０と、が設けられている。上記減圧弁本体６８は、第１〜第４ブロック７１〜７４よりなり、この第１〜第４ブロック７１〜７４をボルト７５，７６の締め付けにより一体的に結合させた構成となっている。
【００６１】
上記第１ブロック７１には上記作動圧力吐出ポート６３が設けられ、第２ブロック７２には上記１次圧力導入ポート６２を有する１次圧力導入部材７７が横方向から挿入されている。そして、第３ブロック７３には上記１次圧力検出ポート６５が設けられ、第４ブロック７４には上記２次圧力検出ポート６７が設けられている。尚、１次圧力導入部材７７には１次圧力導入ポート６２に連通する通路７７ａが設けられ、１次圧力導入部材７７の中間部分には通路７７ａに連通する弁座８５が固着されている。
【００６２】
ピストン６９は、減圧弁本体６８内に形成された空間６８ａに摺動可能に挿入されており、上記絞り弁前段圧力ＰＬＯと１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ との圧力バランスに応じてＹａ，Ｙｂ方向に摺動する。また、第４ブロック７４に設けられた空間７４ａには、ピストン６９をＹａ方向に押圧するコイルスプリング７８が組み込まれている。
【００６３】
また、ピストン６９は、第３ブロック７３の大径シリンダ７３ａ内を摺動する大径部６９ａと、第３ブロック７３の小径シリンダ７３ｂ内を摺動する小径部６９ｂとを有し、大径部６９ａ及び小径部６９ｂの外周には大径シリンダ７３ａ，小径シリンダ７３ｂの各内壁との間をシールするシール部材７９，８０が設けられている。
【００６４】
さらに、ピストン６９の上端には、１次圧力導入部材７７を跨ぐように逆Ｕ字状に形成された弁部８１がボルト８２の締め付けにより固定されている。この弁部８１の中央に設けられた孔８１ａには、作動圧力調整弁７０のシート部８３が挿入されており、シート部８３はビス８４の締め付けにより孔８１ａ内に固定されている。そのため、シート部８３は、ピストン６９がＹａ，Ｙｂ方向に摺動することにより、１次圧力導入部材７７の中間部分に設けられた弁座８５に対して離間又は近接方向に移動する。これにより、作動圧力調整弁７０は、弁開又は弁閉動作する。
【００６５】
ピストン６９において、大径部６９ａの下面と小径部６９ｂの下端との受圧面積比は、圧力制御弁１の内部に設けられたピストン１２に作用する１次圧力Ｐ１ と２次圧力Ｐ２ との受圧面積比と同じになるように設定されている。
従って、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ によるＹａ方向への押圧力と絞り弁前段圧力ＰＬＯによるＹｂ方向への押圧力と等しいとき、ピストン６９はコイルスプリング７８のばね力によりＹａ方向へ移動する。また、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の合計値に対して絞り弁前段圧力ＰＬＯが所定値以上大きくなったとき、ピストン６９はＹｂ方向へ移動する。
【００６６】
また、ピストン６９がＹａ方向に摺動すると作動圧力調整弁７０が開弁して減圧弁６１から吐出される絞り弁前段圧力ＰＬＯが上昇し、ピストン６９がＹｂ方向に摺動すると作動圧力調整弁７０が閉弁して減圧弁６１から吐出される絞り弁前段圧力ＰＬＯが低下する。このように、作動圧力調整弁７０の開閉動作により作動圧力吐出ポート６３から絞り３８に吐出される圧力ＰＬＯが調整される。
【００６７】
ここで、上記構成とされた圧力制御弁１のピストン１２と減圧弁６１のピストン６９との圧力バランスの作用について説明する。
上流側流路３ａから供給された１次圧力Ｐ１ が作用するピストン１２の受圧面積をＡ１ とし、下流側流路３ｂの２次圧力Ｐ２ が作用するピストン１２の受圧面積をＡ２ とする。そして、ピストン６９の大径部６９ａの下面の受圧面積をＡｐ１とし、小径部６９ｂの下端の受圧面積をＡｐ２とした場合、圧力制御弁１のピストン１２と減圧弁６１のピストン６９との面積比の関係は次式のように表せる。
【００６８】
Ａ１ ：Ａ２ ＝Ａｐ１：Ａｐ２ … （１）
そして、ピストン６９では、大径部６９ａと小径部６９ｂとの受圧面積比が圧力制御弁１のピストン１２に作用する１次圧力Ｐ１ と２次圧力Ｐ２ との受圧面積比と同じになるように設定されているので、次のような圧力比をＸ１ ，Ｘ２ とすることができる。
【００６９】
【００７０】
【００７１】
ＰＬＯ＝Ｘ１ ・Ｐ１ ＋Ｘ２ ・Ｐ２ ＋Ｆｐ ／（Ａｐ１＋Ａｐ２） … （６）
減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の変動に応じて（６）式が成り立つように絞り弁前段圧力ＰＬＯを設定する。
次に、圧力制御弁１において作用する各圧力とコイルスプリング２５のばね力Ｆｖ との釣り合いを考えると次式が成り立つ。
【００７２】
【００７３】
ＰＬ ＝Ｘ１ ・Ｐ１ ＋Ｘ２ ・Ｐ２ −ＦＶ ／（Ａ１ ＋Ａ２ ） … （９）
圧力制御弁１は、作動圧力ＰＬ が（９）式により成り立つ圧力値より低い圧力になったときピストン１２が開弁動作する。
そして、上記（６）（９）より絞り弁前段圧力ＰＬＯと作動圧力ＰＬ との差は、次式のように表せる。
【００７４】
ＰＬＯ−ＰＬ ＝Ｆｐ ／（Ａｐ１＋Ａｐ２）＋ＦＶ ／（Ａ１ ＋Ａ２ ） … （１０）
この（１０）より、ＰＬＯ−ＰＬ は１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ に無関係に設定可能であることが分かる。
従って、減圧弁６１は、ピストン６９の動作により絞り弁前段圧力ＰＬＯを１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ に応じた圧力値に自動的に設定することができる共に、絞り弁前段圧力ＰＬＯ及び作動圧力ＰＬ を１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の影響を受けないように調整することができる。
【００７５】
次に、上記１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合の減圧弁６１の動作につき説明する。
例えば、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が上昇した場合、圧力制御弁１のピストン１２を下側から持ち上げようとする力が増大し、これに釣り合うピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も圧力条件変更前よりも増大する。ところが、減圧弁６１の減圧量が圧力条件変更後に調整されなかった場合、絞り弁前段圧力ＰＬＯが上昇していないため、ピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ よりもピストン１２の下側に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の方が大きくなってしまう。この場合、圧力制御弁１は、パイロット弁３３の２次圧力Ｐ２ 検知による開弁動作で作動圧力ＰＬ を減圧するブリード動作が行われなくてもピストン１２が勝手に上動して開弁動作することになる。
【００７６】
これは、図４に示すブリード量とパイロット弁３３のリフト量との関係に置き換えると、制御領域が５０％以下にシフトしたのと同じ状態になり、ブリード量がゼロでもピストン１２を有する弁体５が開弁動作することを意味する。
しかしながら、本実施例の減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の大きさに応じてピストン６９が摺動変位して圧力調整弁７０の弁開度（減圧量）が調整されるため、このような問題を解消できる。
【００７７】
すなわち、減圧弁６１では、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が上昇した場合、ピストン６９がＹａ方向に摺動するため、弁部８１に設けられたシート部８３が弁座８５から離間して作動圧力調整弁７０を弁開させる。その際、ピストン６９は１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ 、コイルスプリング７８のばね力と絞り弁前段圧力ＰＬＯが釣り合う位置までＹａ方向に変位する。
【００７８】
その結果、１次圧力供給管路３１ａを介して供給された１次圧力Ｐ１ がピストン６９の摺動変位に応じた減圧圧力に減圧され、減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは作動圧力調整弁７０の弁座８５からピストン６９上部に吐出される。そのため、作動圧力供給管路３１ｂを介して絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯが増圧される。
【００７９】
この絞り弁前段圧力ＰＬＯは、絞り３８により流量が絞られて作動圧力ＰＬ となり、さらに作動圧力導入管路３４を介して圧力室２０に導入され、圧力室２０の圧力が増圧される。そのため、ピストン１２を上方に押圧する１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ の増圧に応じてピストン１２を下方に押圧する作動圧力ＰＬ も増圧することでパイロット弁３３のブリード動作なしにピストン１２が勝手に上動することが避けられ、２次圧力Ｐ２ は予め設定された設定圧力を保つように制御される。
【００８０】
ピストン６９の大径部６９ａの下面と小径部６９ｂの下端との受圧面積比は、ピストン１２の下面に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の受圧面積比と同じであるため、減圧弁６１に減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは、ピストン１２の下面に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ と釣り合う作動圧力ＰＬ よりもコイルスプリング７８のばね力と大径部６９ａの面積分に圧力だけ１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ と無関係に大きくなる。これにより、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が増大しても圧力制御弁１の制御領域は、図４に示す本実施例の制御領域に確保される。
【００８１】
次に、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が低下した場合、ピストン１２の下側に作用する力が減少し、これと釣り合うピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も圧力条件変更前よりも小さくなる。ところが、減圧弁６１の減圧量が圧力条件変更後に調整されなかった場合、絞り弁前段圧力ＰＬＯが減少しないため、ピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ による力よりもピストン１２の下側に作用する１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の力の方が小さくなってしまう。そのため、パイロット弁３３のブリード量を圧力条件変更前よりも多くしないと、圧力制御弁１の弁体５が開弁動作しないことになる。
【００８２】
これは、図４に示すブリード量とパイロット弁３３のリフト量との関係に置き換えると、制御領域が５０％以上にシフトしたのと同じ状態になり、ブリード量を増大させないと圧力制御弁１が開弁せず、２次圧力Ｐ２ の圧力調整動作の応答性が低下することを意味しており、下流側のガス使用量が増大して２次圧力Ｐ２ が減少しても圧力制御弁１の弁体５が開弁せずガス供給が遅れてしまうことになる。
【００８３】
しかしながら、本実施例の減圧弁６１は、１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の大きさに応じてピストン６９が摺動変位して圧力調整弁７０の弁開度（減圧量）が調整されるため、このような問題を解消できる。
すなわち、減圧弁６１では、１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ が低下した場合、ピストン６９がＹｂ方向に摺動するため、弁部８１に設けられたシート部８３が弁座８５に近接して作動圧力調整弁７０を弁閉させる。その際、ピストン６９は１次圧力Ｐ１ 及び２次圧力Ｐ２ 、コイルスプリング７８のばね力と絞り弁前段圧力ＰＬＯが釣り合う位置までＹｂ方向に変位する。
【００８４】
その結果、１次圧力供給管路３１ａを介して供給された１次圧力Ｐ１ がピストン６９の摺動変位に応じた減圧圧力に減圧され、この減圧された絞り弁前段圧力ＰＬＯは作動圧力調整弁７０の弁座８５からピストン６９上部に吐出される。そのため、作動圧力供給管路３１ｂを介して絞り３８に供給される絞り弁前段圧力ＰＬＯが減圧される。
【００８５】
この減圧動作により、ピストン１２を下側に作用する１次圧力Ｐ１ 又は２次圧力Ｐ２ の低下に応じてピストン１２の上側に作用する作動圧力ＰＬ も減圧されるため、パイロット弁３３のブリード量を増大させて弁体が開弁動作しないことが避けられ、２次圧力Ｐ２ は設定圧力を保つように制御される。
【００８６】
また、上記のように１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が増圧された場合と同様に１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ が減少しても圧力制御弁１の制御領域は、図４に示す本実施例の制御領域に確保される。
このように、パイロット弁３３のパイロット設定圧力Ｐ０ を調整するだけで減圧弁６１は１次圧力Ｐ１ ，２次圧力Ｐ２ の変動に応じた大きさの絞り弁前段圧力ＰＬＯを生成することができ、面倒な減圧弁の調整作業が不要になると共に、減圧弁の調整を忘れても圧力制御弁１が誤動作してしまうことを防止できる。
【００８７】
また、上記減圧弁６１では、各圧力の変動に応じてピストン６９が変位する構成としたが、これに限らず、例えば各圧力の変動に応じてダイヤフラムが変位し、このダイヤフラムの変位により絞り弁前段圧力ＰＬＯを調整するようにしても良い。
【００８８】
尚、上記各実施例では、ガスの圧力制御するものとして説明したが、ガス以外の気体あるいは液体等の圧力を制御するようにしても良い。
【００８９】
【発明の効果】
上述の如く、上記請求項１の発明によれば、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力の変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、絞りに供給される１次圧力を減圧手段により減圧することにより、絞りから弁駆動部に供給される作動圧力の最大値は減圧手段に設定された所定の圧力に減圧されるので、２次圧力が低下しパイロット弁が開弁した場合には、短時間で１次圧力と作動圧力との圧力差が弁体を駆動させるための所定の圧力差以下になる。従って、パイロット弁が開弁したとき、少ないブリード量の領域で弁体を駆動させることができるので、弁体を安定且つ速やかに変位させて下流側の２次圧力を制御することができ、圧力調整の応答性を高めることができる。さらに、弁駆動部への作動圧力を安定に可変させて作動圧力調整動作時のオフセットを小さくできるとともに、２次圧力が常に目標圧力を保つように安定制御できる。
【００９０】
また、請求項２の発明によれば、1 次圧力及び 2 次圧力と作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材の変位に応じて絞りに供給される作動圧力を調整することにより、１次圧力及び２次圧力と作動圧力との変動に応じて減圧手段が作動圧力を自動的に調整するため、面倒な作動圧力調整作業が不要になる。さらに、１次圧力及び２次圧力の増圧時に弁本体に設けられた弁体が勝手に開弁したり、あるいは１次圧力及び２次圧力の減少時にパイロット弁が開弁してブリード量を増大させているにも拘わらず弁体が開弁動作しなかったりすることを防止でき、１次圧力及び２次圧力の圧力条件が変更された場合でも、１次圧力及び２次圧力とは無関係に２次圧力を設定圧力に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる圧力制御弁の前提例１の概略構成図である。
【図２】圧力制御弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】開弁動作を示す縦断面図である。
【図４】パイロット弁のリフト量とブリード量との関係を示すグラフである。
【図５】前提例２の縦断面図である。
【図６】本発明になる圧力制御装置の一実施例の概略構成図である。
【図７】減圧弁の内部を拡大して示す縦断面図である。
【図８】図７中ＶIII −ＶIII 線に沿う縦断面図である。
【符号の説明】
１ 圧力制御弁
２ 弁本体
５ 弁体
１２ ピストン
２０ 圧力室
３０ 圧力制御部
３１ １次圧力供給管路
３２ ブリード管路
３３ パイロット弁
３４ 作動圧力導入管路
３６，５１ 減圧弁
３８ 絞り
５２ 制御装置
６１ 減圧弁
６２ １次圧力導入ポート
６３ 作動圧力吐出ポート
６４ １次圧力供給管路
６５ １次圧力検出ポート
６６ ２次圧力供給管路
６７ ２次圧力検出ポート
６９ ピストン
７０ 作動圧力調整弁
Claims (2)
- 流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
前記減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力とが導入され、前記１次圧力と前記２次圧力の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とする圧力制御装置。 - 流体が給送される上流側管路と下流側管路との間に設けられた弁本体と、
該弁本体より下流の２次圧力が目標圧力値となるように弁開度を変更する弁体と、
前記上流側管路に連通された連通管路を介して供給された作動圧力と前記弁本体より上流の１次圧力との圧力差により前記弁体を弁閉方向又は弁開方向に駆動する弁駆動部と、
前記連通管路に設けられ、前記弁駆動部への流体供給量を減少させる絞りと、
前記２次圧力が所定の圧力値以下になると弁開動作して前記弁駆動部へ供給される前記作動圧力を下流へ逃がすパイロット弁と、
前記絞りより上流の前記連通管路に設けられ、前記絞りに供給される前記圧力を所定の圧力に減圧する減圧手段と、からなり、
前記減圧手段は、
前記１次圧力と前記２次圧力と前記作動圧力とが導入され、前記１次圧力及び前記２次圧力と前記作動圧力との圧力差の変動に応じて変位する変位部材と、
該変位部材の変位に応じて前記絞りに供給される前記作動圧力を調整する作動圧力調整弁と、
からなることを特徴とする圧力制御装置。
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