JP4282415B2

JP4282415B2 - 圧力調整弁

Info

Publication number: JP4282415B2
Application number: JP2003320247A
Authority: JP
Inventors: 進中川
Original assignee: フシマン株式会社
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2005085236A

Description

本発明は、電気や空気圧などの動力を必要とせず、高低２種類の設定圧力を必要とされる圧力調整を１台の圧力調整弁のみで行うことを可能にするものであって、流体を流し始めてから絞り弁の開度によって設定される所望の時間経過後に自動的かつ純機械的に設定圧力を低圧から高圧に切り替えることができる圧力調整弁に関する。

ダイアフラム、ピストン等の圧力検出手段の片側に制御対象となる流体圧を加え、反対側に圧力設定用の調節ばねのばね荷重を付加することにより前記流体圧を一定に調節する圧力調整弁は、従来から種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開平０９−２２９２１８号公報特開２００３−１４８２６３号公報特開平０９−１３８７０９号公報

このような圧力調整弁において、圧力設定用の調節ねじを回転することにより１種類の圧力設定が可能である。また、例えばこのような圧力調整弁をパイロット作動式減圧弁として用い主弁の二次側配管が極端に長い場合、圧力調整弁を高い設定圧力で流体を全閉状態から一気に流すと、ウオーターハンマー現象（水激現象）によって主弁の二次側配管が破損するおそれがあるようなときは、高低２種類の圧力設定が可能な調整弁が要求される。このような要求に対しては、従来は２台の圧力調整弁を電磁弁や空気式の切換弁で切替えることにより実現していた。また、切換えの時間間隔設定が必要な場合は、電気式のタイマーを用いていた。

しかしながら、電磁弁や空気式切換弁で設定圧力の切替えを行うようにした圧力調整弁は、設置場所の環境によっては電気や空気圧などの動力を得ることが困難であったり、あるいは停電や空気源の故障などにより動力が得られなくなった場合には全く使用することができなくなるという問題があった。
また、電気や空気圧などの動力を用いずに純機械的に圧力調整を行うようにした圧力調整弁も考えられるが、そのような従来技術について、出願人は出願時までに関連する先行技術文献を発見することができなかった。よって、本発明に密接に関連する先行技術文献情報を開示していない。

本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電気や空気圧などの動力を必要とせず、使用する流体の流体圧自体を利用することにより設定圧力を純機械的に切り替えることができるようにした圧力調整弁を提供することにある。

上記目的を達成するために第１の発明は、圧力検出手段の片側に制御対象の流体圧を加え、反対側に圧力設定用の調節ばねのばね荷重を付加することにより前記流体圧を一定に調節する圧力調整弁において、前記圧力検出手段に前記調節ばねのばね荷重を付加する低圧設定手段と、前記低圧設定手段を押し下げることにより前記調節ばねのばね荷重を増大させ前記流体圧を低圧から高圧に設定する高圧設定手段と、前記高圧設定手段の一部が挿入されたシリンダと、前記シリンダ内を前記高圧設定手段が挿入される大気圧室と圧力室とに仕切り、高圧設定時に前記高圧設定手段を押し下げるピストンと、前記ピストンに前記圧力室方向の復帰習性を付与する復帰用ばねと、弁本体への流体供給開始と同時に前記圧力室に高圧設定用の圧力を導く導管と、前記導管の途中に接続された可変型絞り弁とを備えたものである。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記シリンダを前記低圧設定手段に対して高さ調整可能に取付けたものである。

本発明は上記構成を採っているので、１台の圧力調整弁で高低２種類の圧力設定を可能とし、かつ流体を弁本体に流し始めてから可変型絞り弁の開度によって設定された必要とされる時間経過後に自動的かつ純機械的に設定圧力を低圧設定から高圧設定に切り替えることができる。可変型絞り弁の開度を変えると、時間を調節することができる。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明を高低２種類の圧力設定を可能にした圧力調整弁に適用した一実施の形態を示す断面図で、低圧設定時の状態を示す図である。図２は同圧力調整弁を配管に接続した状態を示す断面図で、シリンダーの圧力室に圧力調整弁の二次側圧力を可変型絞り弁を介して導入するようにした接続例を示す図である。図３は同圧力調整弁を高圧設定に切り替えた状態を示す断面図である。

これらの図において、全体を符号１で示す圧力調整弁は、配管２（２Ａ，２Ｂ）の途中に接続された弁本体３と、この弁本体３内に上下動自在に挿入された弁体４とを備えている。弁本体３は、内部に隔壁５によって仕切られ左右両側に開放する流体流路６を有し、この流体流路６の入口部６ａに上流側配管２Ａが接続され、出口部６ｂに下流側配管２Ｂが接続されている。

また、弁本体３の上面には、弁本体３内の二次側圧力を検出する圧力検出手段７が取付けられている。圧力検出手段７はダイアフラムからなり、弁本体３の上面中央に形成した凹陥部８を覆うように取付けられ、外周縁部が上蓋９によって前記弁本体３の上面に密接され固定されている。ダイアフラム７と前記凹陥部８とによって囲まれた密閉空間はダイアフラム室１０を形成し、このダイアフラム室１０には前記弁本体２の上壁１２に形成して連通孔１３によって弁本体３内の二次側圧力が導かれる。

前記弁本体３の下側中央には、前記弁体４を組み込むための開口部１４が形成されており、この開口部１４は栓体１５をＯリング１６を介して螺合することによって閉塞されている。

前記弁体４は、前記隔壁５の中央に設けた流通孔１７を上下動自在に貫通するステム４Ａと、このステム４Ａの下端に一体に設けられ前記流通孔１７を隔壁５の下方から開閉する弁プラグ４Ｂと、前記ステム４Ａの上端に螺合するねじ４Ｃとで構成されている。流通孔１７の下端側開口部には、前記弁プラグ４Ｂの着座部を構成する筒部１８が一体に突設されている。前記ステム４Ａの上端部は、前記上壁１２に設けたステム用孔２０を摺動自在に貫通し、前記ダイアフラム７の中央部に固定されている。

前記上蓋９の内部には、前記ダイアフラム７に前記弁本体３内の二次側圧力に対抗してばね荷重を付加する圧力設定用の調節ばね２２が組み込まれている。調節ばね２２は圧縮コイルばねからなり、上下一対のばね受け２３，２４間に弾装されている。上方側のばね受け２３は、押し棒２５の下端に固定されている。下方側のばね受け２４は、前記ステム４Ａの上端部に螺合するねじ４Ｃに螺合されており、前記ダイアフラム７の中央部を前記ステム４Ａの上端に設けたフランジ部２６に締め付けてシールしている。

前記押し棒２５は、前記上蓋９に螺合するねじ体２８を上下動自在に貫通して上端部がシリンダ３０内に臨み、高圧設定時に前記ばね受け２３を下降させることにより前記調節ばね２２のばね荷重を増大させる高圧設定手段を構成している。

前記ねじ体２８は、前記ばね受け２３とともに低圧設定手段を構成するもので、下端部に前記上蓋９のねじ穴３１に螺合する雄ねじ部３２が形成され、上端部には前記シリンダ３０のねじ穴３３に螺合する雄ねじ部３４が形成され、軸心方向中央には回転操作部３５が一体に設けられている。回転操作部３５は、四角形または六角形の鍔状に形成され、スパナ等の適宜な工具によって回転操作される。また、前記雄ねじ部３２，３４には、設定圧力調整後の遊動を防止するためのロックナット３６，３７がそれぞれ螺合されている。

前記シリンダ３０は、上端開口部に蓋体４０がＯリング４１を介して螺合され、内部がビストン４２によって２つの室４３，４４に仕切られている。上方側の室４３は前記下流側配管２Ｂに導管４５を介して接続されることにより、配管２内を流れる流体４６の二次側圧力が導かれる圧力室を形成している。前記導管４５は、一端が前記蓋体４０に設けた接続口４７に接続され、途中に流量可変型の絞り弁４８が接続されている。一方、下方側の室４４は、シリンダ３０の底部に設けた通気孔４９を介して外部に開放することにより大気圧室を形成している。

さらに、前記大気圧室４４には、前記ピストン４２に圧力室４３方向の復帰習性を付与する復帰用ばね５０が弾装されている。復帰用ばね５０としては、比較的ばね力の弱い圧縮コイルばねが用いられる。シリンダ３０の内周面下部には、ピストン４２の下方への移動を制限する段部状のストッパ５１が設けられている。ピストン４２の下面中央には、設定圧力を低圧設定から高圧設定に切り替えるときに前記押し棒２５を押し下げる押圧部５２が一体に突設されている。このため、高圧設定手段は、押し棒２５だけでなく押し棒２５とピストン４２とで構成されているともいえる。

次に、上記構造からなる圧力調整弁１の動作について説明する。
図１に示すように圧力調整弁１を僅かに開弁させている状態で流体４６を配管２に流すと、この流体４６は上流側配管２Ａを通って弁本体３の入口部６ａから流体流路６内に流入し、流通孔１７を通り出口部６ｂから下流側配管２Ｂに流れる。このとき、流体流路６内を流れる流体４６の一部は、連通孔１３を経てダイアフラム室８内に入り、ダイアフラム室８内の圧力を上昇させる。このため、ダイアフラム７はダイアフラム室８内の圧力と調節ばね２２のばね荷重とが釣り合い状態を保つ位置まで上方に弾性変形し、弁体４を上昇させる。弁体４が上昇すると、弁プラグ４Ｂと流通孔１７との間隔は狭くなるため下流側配管２Ｂに流れる流体４６の流量が減少し、これによって下流側配管２Ｂ内の流体圧力が所定の圧力（低圧）に設定される。

また、下流側配管２Ｂでの負荷流量が増加した場合は、ダイアフラム室８内の圧力が低下するからダイアフラム７を流体圧力が押し上げる力よりも調節ばね２２のばね荷重が大きくなって弁体４を下降させ、弁プラグ４Ｂと流通孔１７との間隔を広げて流量を増加させて下流側配管２Ｂの圧力低下を修正する。このように流体圧力は所定の圧力に調整される。

この二次側の設定圧力は、低圧設定手段を構成するばね受け２３をねじ体２８によって上下動させることにより可変することができる。すなわち、ロックナット３６，３７を緩めた後ねじ体２８をスパナ等によって回転させて上昇させると、調節ばね２２が伸張して上方側のばね受け２３を押し上げる。このため、調節ばね２２のダイアフラム７に対するばね荷重が減少して弁体４を上昇させる。この結果、弁プラグ４Ｂと流通孔１７との間隔が狭くなるため下流側配管２Ｂに流れる流体４６の流量が減少する。したがって、二次側流体圧は低くなる。反対に、ねじ体２８を下降させると、上方側のばね受け２３が調節ばね２２を押圧して圧縮させるため、調節ばね２２のダイアフラム７に対するばね荷重がさらに増大して弁体４を下降させる。この結果、弁プラグ４Ｂと流通孔１７との間隔がさらに拡大するため下流側配管２Ｂに流れる流体４６の流量が増加し、二次側流体圧を高くする。

前記下流側配管２Ｂとシリンダ３０の圧力室４３とは導管４５によって接続されているため、下流側配管２Ｂ内を流れる流体４６の一部は導管４５および絞り弁４８を通って圧力室４３に導かれる。このため、圧力室４３内の圧力が徐々に高くなり、ピストン４２を復帰用ばね５０に抗して押し下げる。そして、ピストン４２が図３に示すように所定量下降して押圧部５２により押し棒２５を押し下げると、上側方のばね受け２３が調節ばね２２を押圧して圧縮させるため、ダイアフラム８に対する調節ばね２２のばね荷重が増大し、ダイアフラム７を下方に押し下げる。このため、弁体４もダイアフラム７とともに下降して弁プラグ４Ｂと流通孔１７との間隔が拡大し、下流側配管２Ｂに流れる流体４６の流量を増加させる。この結果、流体４６の二次側流体圧は低圧から高圧に自動的に切り替えられる。

低圧設定状態から高圧設定状態に切り替えるために要する時間は、絞り弁４８の開度によって自由に可変設定することが可能である。すなわち、ピストン４２の移動速度は、絞り弁４８の開度、すなわち絞り弁４８を通る流体の時間当たりの流量によって決定されるため、絞り弁４８の開度を大きくすると、ピストン４２の移動速度が速くなり、切替えに要する時間を短縮することができ、反対に絞り弁４８の開度を小さくすると、絞り弁４８を通る流体の時間当たりの流量が減少してピストン４２の移動速度が遅くなるため、切替えに要する時間を長くすることができる。したがって、シリンダ３０、ピストン４２および絞り弁４８は、圧力調整弁１の設定圧力を低圧から高圧に切り替えるために要する時間を設定する機械的なタイマーを構成することになる。このため、電磁弁や空気式の切換弁などを全く必要とせず、電気や空気圧などの動力がない環境や、停電などの原因で動力が得られなくなった場合でも使用することができる。

また、高圧設定時の調節ばね２２のダイアフラム７に対するばね荷重の増加量は、押し棒２５のストッパ５１から上方に突出している突出寸法Ｘ（図１参照）で決定されるため、この突出寸法Ｘを調整することにより、高圧時の設定圧力を微調整することができる。すなわち、ロックナット３６，３７を緩めてシリンダ３０を回転させ、シリンダ３０の高さを変更すると、突出寸法Ｘが微調整されるため、高圧設定時の圧力を微調整することができ、正確な高圧設定を行うことができる。

このような微調整は、工場での初期設定時に実施される。また、現地に設置後工場集荷時の設定圧力が正しく実現できているかを確認する場合、通水して高圧設定に切り替えた後、二次側の圧力計を見て所望の圧力に対して過不足があった場合、ロックナット３６，３７を緩め、二次側圧力が所望の圧力になるまでシリンダ３０を回転させる。

なお、上記した実施の形態では、圧力検出手段としてダイアフラム７を用いた例を示したが、本発明はこれ何ら限定されるものではなく、ピストンやベローズを用いることも可能である。

図４は本発明に係る圧力調整弁をパイロット作動式減圧弁に適用し、パイロット弁として用いた例を示す断面図である。
同図において、５３は主弁、５４は弁体、５５はシートリング、５６は弁軸５７を下方に付勢するばね、５８は一次側導管、５９は絞り弁、６１はパイロット弁で、図１に示した圧力調整弁１と同一構造である。流体を通さない状態では、主弁５３はばね５６のばね荷重や弁軸５７の自重により弁体５４が下降してシートリング５５に着座することにより全閉状態に保持されている。

この全閉状態より主弁５３の一次側に流体が送られてくると、弁体５４の下面に上向きに作用する一次側流体圧によって弁体５４は上昇してシートリング５５から離間する。このため、流体はシートリング５５と弁体５４との間の流路を通って二次側に流入する。一方、一次側流体は導管５８および絞り弁５９を通って全閉状態のパイロット弁６１に至り、これを通過して二次側に達する。なお、絞り弁５９を通った流体の一部は途中で分岐管６２に分流して主弁５３のダイアフラム室６３に導かれるが、パイロット弁６１が全開しているためダイアフラム室６３内の圧力は上昇せず、主弁５３は開弁状態を維持する。

主弁５３が開弁状態を維持し、二次側に接続された配管に流体の供給を開始すると、徐々に二次側の圧力が上昇するため、パイロット弁６１の二次側圧力も上昇し、ダイアフラム７を上方に変位させる。このため、弁体４は調節ばね２２のばね荷重と釣り合い状態を保つ位置まで閉方向に移動（上昇）する。この結果、パイロット弁６１の二次側圧力は低下し、主弁５３のダイアフラム室６３内の圧力は上昇し、ダイアフラム６４を下方に弾性変形させる。このため、弁体５４は下降してシートリング５５との間の通路を絞り、二次側圧力の上昇を抑える。

また、二次側圧力の低下により二次側流量が減少すれば、パイロット弁６１のダイアフラム７を下方に動かし、その弁体４を調節ばね２２と釣り合い状態を保つ位置まで開方向に移動させる。この結果、主弁５３のダイアフラム室６３内の圧力は降下し、ダイアフラム６４を上昇させる。このため、弁体５４も上昇してシートリング５５から離間し、シートリング５５との間の流路を広げる。これにより二次側圧力が上昇して流体の不足分が補充される。

以上の通り、主弁５３で調整された二次側圧力はパイロット弁６１のダイアフラム７にフィードバックされ、常に調節ばね２２との釣り合い状態を保とうと動作し、主弁５３を動作させるから二次側圧力は一定に保持される。

以上のパイロット作動式減圧弁の説明は、通水初期の減圧動作の説明であるが、このパイロット弁６１は本発明の設定圧力切替可能な構造であり、圧力設定は低圧設定状態である。そして、通水を開始すると絞り弁４８および導管４５を通過する流体はピストン４２を徐々に押し下げ、これにより絞り弁４８の開度に応じた時間経過後パイロット弁６１の調節ばね２２のばね荷重は自動的に高圧設定に切り替えられるから、パイロット弁６１が開弁して低圧設定の二次側を切り替えられた高圧設定のばね荷重に釣り合う高い二次側圧力まで上昇させる。したがって、このような圧力調整弁６１をパイロット作動式減圧弁に適用すれば、前述したようなウオーターハンマー現象が発生せず、主弁５３の二次側配管が破損するおそれはない。

本発明は、設定圧力を二段に切り替える圧力調整弁に適用した例について説明したが、これに限らずその他の弁、例えば背圧弁や差圧弁等の各種自動弁に適用することが可能である。例えば、背圧弁に適用する場合は、一次側の流体圧力をダイアフラム室８と圧力室４３に導き、弁プラグ４Ｂが流体流路６の二次側流路部分に位置するように弁体４を弁本体３内に組み込めばよい。また、差圧弁に適用する場合は、減圧弁と同様に二次側流体圧をダイアフラム室８と圧力室４３に導き、圧力をとる別ラインの圧力をダイアフラムなどの圧力検出手段７の上部に導くようにすればよい。

本発明を高低２種類の圧力設定を可能にした圧力調整弁に適用した一実施の形態を示す断面図で、低圧設定時の状態を示す図である。同圧力調整弁を配管に接続した状態を示す断面図で、シリンダーの圧力室に圧力調整弁の二次側圧力を可変型絞り弁を介して導入するようにした接続例を示す図である。同圧力調整弁を高圧設定に切り替えた状態を示す断面図である。本発明に係る圧力調整弁をパイロット作動式減圧弁に適用し、パイロット弁として用いた例を示す断面図である。

符号の説明

１…圧力調整弁、２…配管、３…弁本体、４…弁体、７…圧力検出手段、８…ダイアフラム室、２２…調節ばね、２５…押し棒、２８…ねじ体、３０…シリンダ、４２…ピストン、４３…圧力室、４４…大気圧室、４５…導管、４８…可変型絞り弁、５０…復帰用ばね、５２…押圧部。

Claims

圧力検出手段の片側に制御対象の流体圧を加え、反対側に圧力設定用の調節ばねのばね荷重を付加することにより前記流体圧を一定に調節する圧力調整弁において、
前記圧力検出手段に前記調節ばねのばね荷重を付加する低圧設定手段と、
前記低圧設定手段を押し下げることにより前記調節ばねのばね荷重を増大させ前記流体圧を低圧から高圧に設定する高圧設定手段と、
前記高圧設定手段の一部が挿入されたシリンダと、
前記シリンダ内を前記高圧設定手段が挿入される大気圧室と圧力室とに仕切り、高圧設定時に前記高圧設定手段を押し下げるピストンと、
前記ピストンに前記圧力室方向の復帰習性を付与する復帰用ばねと、
弁本体への流体供給開始と同時に前記圧力室に高圧設定用の圧力を導く導管と、
前記導管の途中に接続された可変型絞り弁とを備えたことを特徴とする圧力調整弁。
請求項１記載の圧力調整弁において、
前記シリンダを前記低圧設定手段に対して高さ調整可能に取付けたことを特徴とする圧力調整弁。