JP4319508B2

JP4319508B2 - 定流量電動弁

Info

Publication number: JP4319508B2
Application number: JP2003351764A
Authority: JP
Inventors: 秀雄大谷
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2005114117A

Description

本発明は、流量を略一定になるように制御する定流量電動弁に関するものである。

一般に、ビルの空調設備のファンコイルユニット（熱交換コイルとファンが組み合わされた空調機）の流量制御は、規定の流量を流すことにより最高の冷暖房効率が得られ、最適な室温制御を行うことができる。このため、通常電動オンオフ弁と定流量弁（定流量器）を用い、この定流量弁によって一次側の圧力変動にかかわらずファンコイルユニットに給水する流量を略一定に保つようにしている。このような定流量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）。なお、出願人は本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見つけ出すことはできなかった。
実開平２−９９０６号公報特開平１１−２７０７４３号公報特開２００２−３５１５４９号公報

前記実開平２−９９０６号公報に開示された定流量器は、外筒と、この外筒の軸心部に設けた丸棒状の軸とを外筒の流入口側端部で軸より放射状に形成した複数のリブで接続して一体に構成したカートリッジと、前記軸に摺動自在に被冠したニードルと、このニードルに対向して前記外筒の流出口側開口部内に突設したノズルと、前記ニードルをノズルから離間する方向（流入側）に付勢するコイルスプリングとで構成したものである。

前記特開平１１−２７０７４３号公報に記載された低騒音形定流量器は、軸方向に流路を有する筒状外枠の下流側開口部にノズルケースを設け、このノズルケースの通液孔内に円筒形金網スクリーンを組込み、通液孔の少なくとも入口側の周縁部にゴム系のプラスチックからなるノズルを設け、このノズルに対向して筒状外枠内に組み込まれるニードルをコイルスプリングによって弾性支持するようにしたものである。

前記特開２００２−３５１５４９号公報に記載された定流量器は、筒体内のオリフィスに対向して配置されるニードルをコイルスプリングによって弾性支持し、流体の圧力に応じてニードルの位置を動かして定流量動作を行わせ、ニードルの先端部を平坦面として円柱形状に形成し、入力端部にシリンダ穴を開口し、軸棒の取付けリングを筒体の入力端側に嵌め込んで取付け、シリンダ穴に軸棒を嵌合し、ゴム等の弾性材料によって形成した筒状シール材を筒体の外フランジ部に被せ、その側周に周回する凸状の膨らみ部を形成し、径方向に余裕をもたせるようにしたものである。

ビル計装において、空調設備は、ポンプ、冷凍機（熱源）、ファンコイルユニット、制御盤等を備え、その配管方式の種類として、ダイレクトリターン方式と、リバースリターン方式の２方式がある。ダイレクトリターン方式は、図７に示すように、各階毎に設けたファンコイルユニット１の二次側配管２を主二次側配管３に直接接続しているため、ビルの高層階ほど低圧になり、また各階毎に差圧が異なるため、各階のファンコイルユニット１に給水される流体４の流量をそれぞれの階で調整する必要がある。また、負荷が変化した場合にもその都度調整する必要がある。

一方、リバースリターン方式は、図８に示すように、各階毎のファンコイルユニット１の二次側配管２を副二次側配管３’に接続し、この副二次側配管３’の上端を高層階において主二次側配管３に接続しているため、各階における差圧を略一定にすることができるが、各階でのファンコイルユニット１の台数や能力が異なる場合は、その能力に合わせて流量を調整する必要がある。

そこで、電動オンオフ弁（電動制御弁）５に加えて定流量弁６を各階の一次側配管７に設けておくと、調整作業をする手間が省けて流量を一定に保つことができる。また、電動オンオフ弁５を備えているので、使用しない階は電動オンオフ弁５を閉めて給水を停止すると省エネを図ることができる。なお、図７および図８において、８はポンプ、９は冷凍機である。

ところで、ビルの空調設備の施工においては、通常自動制御領域と設備領域とで施工業者が異なるため、流量制御を行う操作端である電動オンオフ弁５は自動制御領域の施工業者によって現場設置される一方、定流量弁６は設備領域の施工業者によって現場設置される。このことにより、電動オンオフ弁５と定流量弁６は、別個に設置されていた。

上記した通り、従来の空調設備は、１台のファンコイルユニット１に対して電動オンオフ弁５と定流量弁６を別々に設置しなければならないため、設置作業やメンテナンスの手間がかかるという問題があった。
また、電動オンオフ弁５と定流量弁６を別々に設置し、しかもこれら２つの弁がどれだけ離れて設置されているかは設置後に決まるので、工場出荷時には電動オンオフ弁５と定流量弁６を現場に設置したときの空調制御に及ぼす総合的な影響は全く予測することができない。さらに、現場設置後にその確認作業を行わなければならず、しかもその確認作業に手間がかかったり設計どおりの流量とならずに流量不足や流量過剰になるという問題もあった。

また、前記特許文献１〜３に開示されている従来の定流量弁は、いずれもニードルをコイルスプリングによって付勢し流体圧とバランスさせる方式を採用しているため、圧力変動に対して敏感で、ビルの空調設備に適用すると、他のバルブによって誘起された圧力変動によって振動し、騒音が発生し易いという問題があった。

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、設置作業やメンテナンスを容易に行うことができ、また低騒音で製造コストを低減し得るようにした定流量電動弁を提供することにある。

前記目的を達成するために第１の発明は、電動制御弁と、前記電動制御弁の弁本体内に組み込まれる定流量器と、前記定流量器を前記弁本体内に取り出し可能に固定する配管接続手段とを備え、前記電動制御弁の弁本体の一端側開口部に外側に向かって拡径するテーパ孔を形成し、前記定流量器を、筒状のホルダと、前記ホルダ内に嵌挿された弾性体からなるリング状のオリフィス板と、前記ホルダから前記オリフィス板が脱落するのを防止する止め輪とで構成し、前記ホルダの外周に前記テーパ孔と略等しい傾斜角度のテーパ面を有する環状の突条体を一体に突設し、前記配管接続手段をユニオン継手とユニオンナットとで構成し、前記ユニオンナットによって前記弁本体と前記ユニオン継手を連結することにより、前記ユニオン継手によって前記突条体を押圧し、前記テーパ面を前記テーパ孔に結合したものである。

第２の発明は、上記第１の発明において、前記止め輪をＣリングで構成し、前記ホルダの内周面に前記Ｃリングが嵌着される環状溝を形成したものである。

第１の発明においては、電動制御弁と定流量器を一体化しているので、電動制御弁と定流量器との距離が設計、製造段階で決定され、工場出荷時に定流量電動弁を現場に設置したときの電動制御弁と定流量器の空調制御に及ぼす総合的な影響を把握することができる。したがって、現場設置後の確認作業が不要で、設計どおりの流量を実現でき、流量不足や流量過剰を防止することができる。
定流量器は、流体の圧力変化によってオリフィス板が弾性変形し、これによりオリフィスの穴径が変化することにより二次側に流れる流体の流量を一定になるように制御するものであるため、ニードルやコイルスプリングを必要とせず、構造簡易にして騒音の発生を軽減防止することができる。
また、第１の発明においては、ユニオンナットを緩めてユニオン継手を弁本体から外すと、定流量器を弁本体から簡単に取り出すことができる。ホルダのテーパ面は弁本体のテーパ孔に圧接されることにより、定流量器を弁本体に対して自動的に調心する。
第２の発明においては、Ｃリングがホルダからのオリフィス板の脱落を防止し、ホルダからＣリングを取り外すると、オリフィス板の取り出し、交換を可能にする。

以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る定流量電動弁の一実施の形態を示す断面図、図２は定流量器の断面図、図３はオリフィス板の無負荷時と差圧印加時の状態を示す要部の拡大断面図である。
図１において、全体を符号１０で示す定流量電動弁は、ビルの空調システムに用いられるもので、電動制御弁１１と定流量器１２とで構成されている。

前記電動制御弁１１は、従来周知の電動型ボール弁からなるオンオフ弁で、直管からなる弁本体１３と、この弁本体１３の内部中央に一対のシートリング１４，１４を介して回動自在に組み込まれたボール状の弁体１５と、前記弁本体１３の上面中央に上方に向かって一体に突設した円筒部１３Ａを貫通し内端に前記弁体１５が取付けられたステム１６と、前記円筒部１３Ａ上に設置され前記ステム１６を９０°の角度範囲内で往復回動させる操作器１７等で構成されている。前記弁本体１３の上流側開口部１８には一次側配管１９が接続され、下流側開口部２０内には前記定流量器１２が配管接続手段２１によって取り出し可能に組み込まれている。また、下流側開口部２０には、外側に向かって拡径するテーパ孔２２が形成されるとともに、前記配管接続手段２１を介して二次側配管２３が接続されている。前記ボール１５の中央には、前記ステム１６の軸線と直交するストレートな流通孔２４が形成されている。

図２および図３において、前記定流量器１２は、筒状のホルダ３０と、このホルダ３０内に嵌挿されたリング状のオリフィス板３１と、このオリフィス板３１の抜けを防止する止め輪３２とで構成されている。したがって、この定流量器１２は構造上ニードルとコイルスプリングを必要としないという特長を有している。

前記ホルダ３０は、金属製（例えば、青銅製鋳物）で、下流側開口端部が小径孔部３３を形成し、この小径孔部３３より上流側が大径孔部３４を形成し、この大径孔部３４に前記オリフィス板３１が嵌挿されている。小径孔部３３は、内側に向かって曲線的に拡径する孔に形成されている。小径孔部３３と大径孔部３４との間に設けられた段差部３５は、前記オリフィス板３１の外周部を支持する支持部を形成している。また、前記ホルダ３０の外周面で下流側端部寄りには、環状の突条体３６が全周にわたって一体に突設されている。この突条体３６は、断面形状が台形状に形成されることにより、ホルダ３０の軸線に対して傾斜した上流側に位置するテーパ面３６ａと、下流側に位置する垂直面３６ｂと、前記テーパ面３６ａと垂直面３６ｂを接続する水平面３６ｃとで構成されている。テーパ面３６ａは下流側に向かって傾斜しており、その傾斜角度は前記弁本体１３のテーパ孔２２の傾斜角度と等しく設定されている。

前記オリフィス板３１は、ゴム（例えば、ＮＢＲ）等の弾性材料によって外径が前記ホルダ３０の大径孔部３４の穴径より小さいリング状に形成されて、中央に前記小径孔部３３の穴径より小さい円形のオリフィス（絞り）４０を有し、外周部が前記段差部３５によって支持されている。

前記止め輪３２は、ステンレス等によって形成されたＣリングからなり、前記ホルダ３０の大径孔部３４の内周面に形成した環状溝４１に着脱可能に嵌着されている。この止め輪３２と前記オリフィス板３１との間には、十分な隙間Ｇが設定されている。この隙間Ｇと、前記大径孔部３４とオリフィス板３１との間の隙間Ｇ₁ は、差圧によるオリフィス板３１の自由な弾性変形を可能にするために設けられている。

図１において、前記配管接続手段２１は、筒状のユニオン継手４５と、ユニオンナット４６の２部材で構成されている。ユニオン継手４５は、外周面の上流側端部に環状の突条体４７が一体に突設され、下流側端部には前記下流側配管２３が螺合するテーパねじ４８が形成されている。前記ユニオンナット４６は、前記弁本体１３とユニオン継手４５を連結するもので、ユニオン継手４５の外周に嵌装されることにより、前記突条体４７に下流側から係合し、内周面には雌ねじ５０が形成されている。この雌ねじ５０は、前記弁本体１３の下流側外周面に形成した雄ねじ５１に螺合することにより、前記ユニオン継手４５を弁本体１３の下流側開口端面に押し付けている。また、これによって前記ユニオン継手４５が前記ホルダ３０の突条体３６を押圧し、前記テーパ面３６ａを前記弁本体１３のテーパ孔２２に圧接している。

このような構造からなる定流量電動弁１０において、定流量器１２のオリフィス板３１は、流体圧によって弾性変形することにより、定流量電動弁１０を通って下流側配管２３に流れる流体４の流量を略一定になるように制御する。すなわち、電動制御弁１１を開いて流体４を定流量器１２に流すと、定流量器１２の上流側圧力Ｐ₁ と下流側圧力Ｐ₂ （Ｐ₁ ＞Ｐ₂ ）に圧力差が生じる。このため、オリフィス板３１は、その差圧（Ｐ₁ −Ｐ₂ ）に応じて図３に実線で示す無負荷時の自然な状態から二点鎖線で示すように下流側に弾性変形してオリフィス４０の穴径が小さくなり、流路面積を減少させることにより、定流量器１２を流れる流体４の流量を一定になるように制御する。

定流量器１２の定流量動作において、止め輪３２をオリフィス板４０の上流側に十分な隙間Ｇをおいて設けるとともに、大径孔部３４の内周面とオリフィス板３１の外周との間に適宜な隙間Ｇ₁ を設けているので、オリフィス板３１が２点鎖線で示すように、中央部が小径孔部３３側に弾性変形して外周部が止め輪３２側に傾いても、オリフィス板３１は止め輪３２や大径孔部３４の内周面に接触することはない。したがって、オリフィス板３１は自由な弾性変形を拘束されることがなく、定流量機能を発揮する。

図４は定流量電動弁の流量特性を示す図である。
同図において、横軸は上流側圧力Ｐ₁ と下流側圧力Ｐ₂ の差圧（ＭＰａ）を示し、縦軸は定流量器１２を流れる流量（Ｌ／ｍｉｎ）を示す。曲線１は１分当たり６Ｌ（リットル）流れる小型の定流量器１２の流量特性、曲線２は１分当たり１２Ｌ（リットル）流れる中型の定流量器１２の流量特性、曲線３は１分当たり２４Ｌ（リットル）流れる大型の定流量器１２の流量特性である。この図から明らかなようにいずれの定流量器１２においても流量を略一定に制御することができる。

また、定流量器１２は、ニードルやコイルスプリングを備えていないので圧力変動によって振動したり騒音を発生することが少なく、低騒音型の定流量電動弁１０を可能にする。因みに、定流量電動弁１０の作動時の騒音を測定したところ（バルブ後方１ｍ、配管より水平面１ｍの位置で測定）、差圧ΔＰ＝０．２ＭＰａ以下でＮＣ３５以下であった。なお、騒音測定環境はＩＥＣ基準に準ずる。

また、本発明に係る定流量電動弁１０は、電動制御弁１１に定流量器１２を一体的に組み込んで構成したので、現場での設置を自動制御領域または設備領域の施工業者が一度に行うことができ、設置作業やメンテナンスが容易である。
特に、電動制御弁１１と定流量器１２との距離は設計段階で決定されているので、定流量電動弁１０を現場に設置したときの空調制御に及ぼす総合的な影響を予め把握することができ、現場設置後の確認作業が不要である。また、設計どおりの流量制御を行うことができるため、流量不足や流量過剰になることもない。
さらに、突条体３６のテーパ面３６ａをテーパ孔２２に圧接しているので、定流量器１２を弁本体１３に対して自動的に調心することができる。
さらにまた、止め輪３２をホルダ３０から取り外すと、オリフィス板３１をホルダ３０から外して新しいものと容易に交換することができる。
加えて、電動制御弁１１と定流量器１２を一体化させると、定流量器１２を配管に取付けるための部品を省略することができるため、別個に配管に取付ける場合に比べて配管に対する取付け作業が簡単で安価に提供することができる。

図５は定流量器の他の実施の形態を示す断面図、図６はオリフィス板の無負荷時と差圧印加時の状態を示す要部の拡大断面図である。
この実施の形態は、ホルダ３０の小径孔部３３をストレートな孔に形成し、オリフィス板３１の下流側の面６０の中央にオリフィス４０に連通する円錐形の凹部６１を形成し、外周部を平坦面に形成したものである。このため、オリフィス板３１は凹部６１を取り囲む平坦面からなる外周部分がホルダ３０の段差部３５によって支持される。その他の構造は上記した実施の形態における定流量器１２と同一である。

このような構造からなる定流量器６３においても、前記定流量器１２と同様に二次側の流量を略一定に制御することができることは明らかであろう。

なお、上記した実施の形態は電動制御弁１１として、二方ボール弁からなる電動オンオフ弁を用いたが、これに限らずバタフライ弁等の他のオンオフ弁や、流量特性を有する弁を用いてもよい。
また、配管接続手段２１としては、ユニオン継手４５とユニオンナット４６に限らず、他の適宜な構造の配管接続手段を用いることも可能である。
さらに、定流量器１２は電動制御弁１１の弁本体１３の下流側開口部内に限らず上流側開口部内に組み込まれるものであってもよい。

本発明に係る定流量電動弁の一実施の形態を示す断面図である。定流量器の断面図である。オリフィス板の無負荷時と差圧印加時の状態を示す要部の拡大断面図である。定流量電動弁の流量特性を示す図である。定流量器の他の実施の形態を示す断面図である。オリフィス板の無負荷時と差圧印加時の状態を示す要部の拡大断面図である。空調設備の配管方式のダイレクトリターン方式を示す図である。空調設備の配管方式のリバースリターン方式を示す図である。

符号の説明

１０…定流量電動弁、１１…電動制御弁、１２…定流量器、１３…弁本体、２１…配管接続手段、２２…テーパ孔、３０…ホルダ、３１…オリフィス板、３２…止め輪、３６…突条体、３６ａ…テーパ面、４０…オリフィス、４１…環状溝、４５…ユニオン継手、４６…ユニオンナット、Ｇ，Ｇ₁ …隙間。

Claims

電動制御弁と、前記電動制御弁の弁本体内に組み込まれる定流量器と、前記定流量器を前記弁本体内に取り出し可能に固定する配管接続手段とを備え、
前記電動制御弁の弁本体の一端側開口部に外側に向かって拡径するテーパ孔を形成し、
前記定流量器を、筒状のホルダと、前記ホルダ内に嵌挿された弾性体からなるリング状のオリフィス板と、前記ホルダから前記オリフィス板が脱落するのを防止する止め輪とで構成し、
前記ホルダの外周に前記テーパ孔と略等しい傾斜角度のテーパ面を有する環状の突条体を一体に突設し、
前記配管接続手段をユニオン継手とユニオンナットとで構成し、前記ユニオンナットによって前記弁本体と前記ユニオン継手を連結することにより、前記ユニオン継手によって前記突条体を押圧し、前記テーパ面を前記テーパ孔に結合したことを特徴とする定流量電動弁。
請求項１記載の定流量電動弁において、
前記止め輪をＣリングで構成し、前記ホルダの内周面に前記Ｃリングが嵌着される環状溝を形成したことを特徴とする定流量電動弁。