JP4385367B2

JP4385367B2 - 過流出防止弁

Info

Publication number: JP4385367B2
Application number: JP2003036189A
Authority: JP
Inventors: 義彦栗山; 仁丹生; 茂水谷; 智之南; 由香廣松
Original assignee: Hitachi Metals Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Proterial Ltd
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004245334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緊急時に自動的に弁を遮断するようになして二次災害を未然に防止する過流出防止弁に関し、詳しくは外部から磁力により弁体を移動して開閉弁操作が出来るようにした過流出防止弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、二次側（下流側）のガス管の折損あるいは焼失等によってガスが過流出状態で流れた際に、上流側と下流側の圧力差や流体の流通圧力等により、弁体を弁座に着座させて弁を閉止するようにした過流出防止弁がある。例えば特許文献１に開示された過流出防止弁は、図６に示すように、プラスチック製の管路の中に過流出防止弁を内蔵している。このものは管路９０内に弁座９１を備えた円筒体ケース９２を設け、通常時は球状弁体９３をコイルばね９４により弁座９１から離れる方向に付勢し、三脚状の支持体９５によってこれを受け止めている。管内が正常状態にあるときには、上流側９８のガスは三脚状の支持体９５と球状弁体９３の周りの通路９６を通過して下流側９９に流れるが、何らかの緊急事態により下流側の圧力が異常に低下した場合には、管内圧力差により弁体９３がばね力に抗して弁座９１側に着座し閉弁状態となすものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３３０１６３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで緊急時に過流出防止弁を閉弁状態にする力としては主に２つの圧力がある。一つは破損流出時の過大なガス流が弁体に作用する押圧力であり、もう一つは下流側配管の破損等により大気開放された際に発生する上流側と下流側の圧力差である。両者とも大きな漏れがあった場合は確実に閉弁動作がとられる程の圧力が発生する。逆にこのような圧力が働かない限りは弁体は振動しないようにばね力で押さえておく必要がある。
しかしながら、稀に極微少な漏れしか発生しない場合や下流側の配管バッファーが大きい場合には、閉弁動作に至る程の圧力が生じないことが想定される。このようなときには過流出防止弁を設置した配管系毎に漏れ検知作業を行い、過流出防止弁を外部から閉弁状態となし、速やかに復旧作業を行うことが望まれる。このようなことから、外部より弁体の動きを操作して開閉できる過流出防止弁が望まれている。
【０００５】
本発明はこのような課題を解消するためになされたもので、圧力により閉弁操作がとられないような場合であっても外部から手動で閉弁操作が出来る過流出防止弁を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正常な流通時において弁体は弁座から離れる方向に弾性部材で付勢され、支持部材で支持されており、流体が流通する管内の下流側の圧力が低下した際には前記弁体が弁座に当接して流体の通過を閉止するようになしたポリエチレン管内に組み込まれる過流出防止弁であって、前記弁体を弾性部材の付勢力に抗して弁座方向に移動させる磁気回路を設け、当該磁気回路は管の外部に設けた外部磁気回路と前記弁体に設けた内部磁気回路とからなり、前記外部磁気回路及び／又は内部磁気回路は、中央に配設した第１の永久磁石と、第１の永久磁石の両端に配設した磁性体からなるポールピースと、該ポールピースを介して前記第１の永久磁石の磁極と同一極を対向配置した第２の永久磁石及び第３の永久磁石とからなる過流出防止弁である。
【０００７】
本発明の過流出防止弁において外部磁気回路は、管に沿って回転もしくは平行にスライド可能に設けられており、前記内部磁気回路は、前記弁体を中空球状の非磁性材料から形成すると共に、弁体内部に収容したものであることが望ましい。
【０００９】
以上のように本発明の過流出防止弁は、磁力により弁体を操作するものであるが、外部に磁気回路を設けるだけでなく弁内部にも磁気回路を設けたことに特徴がある。まず内部磁気回路として弁体を鉄系材料とすることが考えられるが、これだけでは移動方向に発生するスラスト力は十分ではない。そこで非磁性材料からなる弁体の内部に別の磁気回路を備えたことが一つの要旨である。そして、これらの磁気回路構造としては軸方向スラスト力を十分引き出せるリパルジョン型の磁気回路が効果的であることを確認した。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施例を示す過流出防止弁の断面図で正常な流れの状態を示している。管路方向から見た断面は図６と同様であるので省略する。図２は外部磁気回路をスライドさせて弁体を弁座に着座した閉弁状態を示している。図１と同様なので主な符号を除いて省略している。図３は内外磁気回路を示す断面図であり、内部磁気回路と外部磁気回路の中心を一致させたストローク０の状態を示している。図４は内部磁気回路と外部磁気回路間で発生する磁束密度分布を示した図である。図５は内外磁気回路の相対移動距離を示すストロークと軸方向スラスト力の関係を示す特性図である。
【００１１】
図１において、ポリエチレン管２内には予め過流出防止弁１が組み込まれている。この状態のポリエチレン管２を下記する円筒体ケース３０のつば３１を他方のポリエチレン管３との間で挟むように電気融着継手４の内面に挿入する。その後、電気融着継手４のコネクターピン１４から電熱線１３に外部の電源コントローラーから通電を行い、ポリエチレン管２、３と電気融着継手４を一体的に融着接合する。
ポリエチレン管２内に組み込まれた過流出防止弁１は、円筒体ケース３０と、このケース３０に螺合し前部に弁座４３を有する弁座部材４０と、弁座部材４０に螺合し前部に弁体を受け止める支持部５２を有する弁体支持部材５０と、支持部５２と弁座４３との間で移動可能に装着した球状弁体６０と、一端を円筒体ケース３０に係止して前記弁体６０を弁座４３から離れる方向に付勢するコイルばね７０とから構成されている。
【００１２】
ここで、円筒体ケース３０は硬質樹脂からなり、一端にポリエチレン管３の端面に係止するつば部３１と内径側に張り出してコイルばね７０を係止するつば部３２を有し、他端側の内周面にはめねじ３３を有している。
弁座部材４０はポリエチレン樹脂からなり、外周面にポリエチレン管２の内面をシールするＯリング４１を装着し、一端外面に前記ケース３０のめねじ３３に螺合するおねじ４２を有し、円筒体ケース３０と最適位置の間隔を保って装着されている。また、他端側の内面には弁座４３を有しており、さらに弁座には閉弁時でも少しずつ流体が通過するように凹溝４５を周周りに複数条形成している。外面には弁体支持部材５０を固定するおねじ４４を有している。
支持部材５０はポリエチレン樹脂からなり、後部には弁座部材のおねじ４４に螺合するめねじ５１を有し、弁座部材４０に固定される。その前部は三脚状の支持部５２となし球状弁体６０を受け止めて支持するようになっている。
コイルばね７０は、一端をつば部３２に係止し、他端を球状弁体６０に係止して弁座４３から離れる方向に付勢している。コイルばね７０の付勢力Ｆ＝バネ定数ｋ×（自由長−圧縮長）で決まり、この圧縮長を調節することにより付勢力を調節する。尚、この付勢力は正常な流通時において弁体が振動しない程度の弾性力に設定する必要がある。
【００１３】
次に球状弁体６０はポリエチレンや硬質ナイロンなどの樹脂材料からなり、さらに出来るだけ軽くなるように中空状とし、その内部に環状の磁気回路部材６を設けている。尚、本実施例では球状としているがこれに限ることはなく、例えばキノコ状や算盤玉状などでも良い。
また外部磁気回路部材８は同じく環状でポリエチレン管２の外周に回転もしくは平行にスライド可能に設けられている。これは管径が小さい場合は一体のリング磁石で構成できるが、大径の場合は分割したセグメント磁石を接着して構成することになる。内部磁気回路６についても同様である。
尚、外部回路部材８は直接に手動で操作しても良いが、この過流出防止弁は埋設環境のピット内にも設置される場合があるため、遠隔操作により操作出来ることは好ましいことである。例えば図１で外部回路部材８、スプリング９および操作ピン１０をケース１１内に収納した構造とすることができる。通常時において外部回路部材８はケース１１内で操作ピン１０とスプリング９により所定の位置（球状本体６０に磁力が及ばない位置）に保持されている。その後の緊急時において操作ピン１０を何らかの遠隔操作にてはずした時、外部回路部材８はスプリング９により図１で右方向へ移動することになる。これにともない下記するように閉弁操作をとることが出来る。
【００１４】
これらの内外磁気回路部材６、８は図３に示すように中央の第1の永久磁石６１、８１と、この第１の永久磁石の一端に設けたポールピース６２、８２と、他端に設けたポールピース６３、８３と、ポールピース６２、８２を挟んで第1の永久磁石の磁極と同一極を対向配置した第２の永久磁石６４、８４と、他方のポールピース６３、８３を挟んで第１の永久磁石の磁極と同一極を対向配置した第３の永久磁石６５、８５とから構成され、前記ポールピースは全て磁性体にて構成する。このような磁気回路は一般にリパルジョン型磁気回路と呼ばれるが、このリパルジョン型としたことにより磁束密度分布の効率が良く、外側磁気回路材８と内側磁気回路材６のギャップが大きくなっても、大きなスラスト力を得ることができる。
【００１５】
以上のような過流出防止弁によれば、ポリエチレン管内を正常にガスが流れている状態では、図１のように流体圧によって球状弁体６０が振動しない程度にコイルばね７０で支持されており、球状弁体６０は弁座から所定距離に保持されていると共に、管内面と弁体との間に流体が通過する流通路４６を形成している。ひとたび下流側に異常が発生し圧力が異常に低下したときには、上流側の流体圧自身の押圧力及び上下流の圧力差によって球状弁体６０はコイルばねの付勢力に抗して弁座４３方向に移動し着座して閉弁状態となる。
図２は球状弁体６０が弁座４３に着座した状態を示しているが、弁座４３のテーパ面には通過凹溝４５が数ヶ所設けてあり、球状弁体６０が弁座４３に着座していてもその通過溝４５を通って、上流側から下流側へ少しずつ流体が流れるようにしてある。即ち、このように弁体が弁座に着座しても完全閉止とならず少しずつ流れるようにすることによって、下流側配管の復旧工事が完了して漏れ箇所がなくなった後、次第に下流側配管内の圧力が上昇し、やがて上流側配管の圧力と均衡する。上流側と下流側の圧力差が所定圧内になると、コイルばね７０の弾性力によって球状弁体６０は弁座４３から離れ、再び支持部材側に移動し、通常の流通状態に復帰する。尚、微少漏れを生じさせる他の手法として、球状弁体６０の表面をゴルフボール状のディンプル表面とすることや弁座４３に下流側流路へ通じる小穴を設けること等も有効である。
【００１６】
以上は大きな漏れがあった場合の動作である。次に微少な漏れあるいは何らかの事情により、過流出防止弁１を外部から強制的に閉弁操作するときの手順について説明する。
先ず、通常は図１のように外部磁気回路部材８は球状弁体６０に磁力が及ばない程度離れた位置に係止させ球状弁体６０を保持している。この状態から一旦外部磁気回路部材８を弁体頭上の位置まで移動させる。移動させる位置については予め管の外表面に図示しておくことが望ましい。また、回転させながら位置を移動させる方法としては、管３の外周にスリーブを設けその外周にねじを切り、外側磁気回路部材８をナットと一体化する構造とすることで、回転させながら容易に位置を移動することができる。これらの方法により外部磁気回路部材８と内部磁気回路部材６を通る磁束の流れが発生するので、この状態を移動ストローク０とし、ここから外部磁気回路部材８を弁座４３方向にスライドさせる。図４はこのときのストローク量と両磁気回路間に働く磁束密度の半径方向成分を図示したものである。この図からストロークが0〜20mmにおいて、外部磁気回路部材８と内部磁気回路部材６との両方を通る磁束が発生しており、吸引力がお互いに作用していることがわかる。従って、内部磁気回路部材６を内蔵した球状弁体６０も一緒に弁座方向に移動させられ、予め管の外表面に図示するなどしておいた閉弁位置で外部磁気回路部材８を係止することにより球状弁体６０を弁座４３に着座させて閉弁状態となすことができる。その後は閉弁位置に外部磁気回路部材８を保持し閉弁状態を持続させ、復旧作業に取り掛かるものである。
【００１７】
以上の閉弁操作の際に球状弁体を弁座方向に移動させる軸方向スラスト力は、当然コイルばねの付勢力よりも強いものでなければならない。スラスト力は上記したように磁気回路の構成により概ね決定され、磁束密度分布等を考慮してばね力との関係で設計される。しかし、閉弁挙動において球状弁体６０と流過面積は弁体の移動と共に狭くなっていく、そして狭くなるに連れて上流側流路と下流側流路の圧力差は大きくなるので弁体の弁座側への移動を助長する。このため、磁気回路の磁束発生量が設計値よりも少ない場合であっても弁体の弁座方向への移動が助けられ急峻な閉弁挙動に至ることが出来る。
【００１８】
【実施例】
上記した図１に示す過流出防止弁１を呼び径100mmのポリエチレン管２、３と電気融着継手４に内蔵した実施例について説明する。外部磁気回路部材８の外径D1=154mm、内径D2=114mm、全長L4=40mm、ポリエチレン管の外径D3=114mm、内径D4＝97mm、球状弁体６０の外径D5＝76.2mm、内径D6＝71mm、内部磁気回路部材６の外径D7=58mm、内径D8=42mm、全長L8=40mmとなした。また、内外磁気回路に用いた永久磁石は何れもNd-Fe-B系異方性焼結磁石を、ポールピースは何れもJISG3101一般構造用圧延鋼材SS400製とした。球状弁体６０はポリエチレン製とした。一方、コイルばね７０の開弁状態での付勢力は100Nとなし、閉弁着座までのストロークを20mmとした。
この過流出防止弁における外部磁気回路と内部磁気回路の相対的移動量をストローク量とし、そのときの軸方向の発生スラスト力との関係を調べた。また、比較例として鉄系の球状弁体を用いた場合について同様に調べた。図５にその結果を示す。図５より実施例では3mm以上のストロークにおいて100N以上のスラスト力が安定して得られていることが分かる。そして、実際に球状弁体が弁座まで移動し閉弁操作が完全に行われることが確認できた。一方、鉄系の球状弁体の場合は実施例に対して１／１０程度のスラスト力しか得られず、実用に供することは出来なかった。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明の通り、本発明の過流出防止弁は、正常な流れ状態では流過抵抗を極力少なく保ち、弁体の振動や誤作動を伴うことなく長期使用が可能である。一方で管破損などの緊急時には弁体が遅延することなく流体の流れを遮断することができる。さらに、本発明の過流出防止弁によれば、弁の内部及び外部に磁気回路を効果的に設けたので弁外部から開閉弁操作が出来る。よって、下流側の漏れが微少な場合等であって上下流路間に圧力差がなくても、強制的に閉弁操作ができ、下流側配管の復旧を未然に行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の過流出防止弁の一実施例を示し、通常時の閉弁状態を示す断面図と上流側から見た図である。
【図２】図１において外部磁気回路の移動に伴い閉弁過程を示す断面図である。
【図３】外部磁気回路と内部磁気回路の要部を示す断面図である。
【図４】軸方向の移動量（ストローク）と磁束密度半径方向成分を示す特性図である。
【図５】外部磁気回路と内部磁気回路の相対移動ストロークと軸方向スラスト力の関係を示す特性図である。
【図６】従来の過流出防止弁の一例を示す開弁状態の断面図である。
【符号の説明】
１：過流出防止弁
２、３：ポリエチレン管
４：電気融着継手
６：内部磁気回路部材
８：外部磁気回路部材
３０：円筒体ケース
４０：弁座部材
４３：弁座
５０：支持部材
６０：球状弁体
７０：コイルばね
６１、８１、６４、６５、８４、８５：永久磁石
６２、６３、８２、８３：ポールピース

Claims

正常な流通時において弁体は弁座から離れる方向に弾性部材で付勢され、支持部材で支持されており、流体が流通する管内の下流側の圧力が低下した際には前記弁体が弁座に当接して流体の通過を閉止するようになしたポリエチレン管内に組み込まれる過流出防止弁であって、
前記弁体を弾性部材の付勢力に抗して弁座方向に移動させる磁気回路を設け、当該磁気回路は管の外部に設けた外部磁気回路と前記弁体に設けた内部磁気回路とからなり、前記外部磁気回路及び／又は内部磁気回路は、中央に配設した第１の永久磁石と、第１の永久磁石の両端に配設した磁性体からなるポールピースと、該ポールピースを介して前記第１の永久磁石の磁極と同一極を対向配置した第２の永久磁石及び第３の永久磁石とからなることを特徴とする過流出防止弁。
前記外部磁気回路は、管に沿って回転もしくは平行にスライド可能に設けられており、前記内部磁気回路は、前記弁体を中空球状の非磁性材料から形成すると共に、弁体内部に収容したことを特徴とする請求項１記載の過流出防止弁。