JP4690430B2

JP4690430B2 - 定流量弁

Info

Publication number: JP4690430B2
Application number: JP2008027369A
Authority: JP
Inventors: 隆桑原; 章生明渡
Original assignee: Kurimoto Ltd
Current assignee: Kurimoto Ltd
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: JP2009185924A

Description

この発明は、送水管や送油管等の各種流体を移送する流体管路の途中に設けられる定流量弁に関するものである。

各種流体を移送する流体管路の途中に、定流量弁が設けられる場合がある。定流量弁として、例えば、図３に示す玉形弁形式のものがある。

この定流量弁１０は、弁箱１内の流路２を一次側と二次側とに仕切る仕切壁３の中央に、その一次側と二次側の各弁室ａ，ｂ間を上下に結ぶ弁孔４が形成されている。また、その弁孔４周囲に弁座５が設けられている。

その弁箱１に、前記二次側（下流側）弁室ｂの上面を塞ぐ上蓋１ａが設けられており、その上蓋１ａを貫通して弁箱１内に弁軸６が上下方向に挿通されている。その弁軸６の雄ねじ部６ａは、前記弁座５の雌ねじ部５ａに螺合されている。
前記弁軸６の上端部に固着したハンドル８を回転操作することにより、その弁軸６が弁孔４に対して軸方向に昇降し、前記弁軸６の昇降によって弁軸６の下端部に設けられた弁体７が、前記弁座５に接離して流路の開度が調整される。

また、弁箱１の前記二次側弁室ｂの上部に圧力室９が設けられている。その圧力室９は、上蓋１ａの内側にあって、前記二次側弁室ｂとはダイヤフラム１４を介して隔てられている。
弁箱１内の一次側（上流側）弁室ａから配管１１が引き出されており、その配管１１が圧力室９内に連通している。

そのダイヤフラム１４には可動弁体１２が固定されている。また、そのダイヤフラム１４を圧力室９側に押圧する圧力調整ばね１３が、そのダイヤフラム１４と弁座５との間に設けられている。
可動弁体１２は、前記圧力室９内の圧力と、二次側弁室ｂ内の圧力及び前記圧力調整ばね１３による押圧力との差圧に基づくダイヤフラム１４の変形によって上下動し、その上下動によって、流路の開度を調整できるようになっている。

弁箱１内の一次側弁室ａの圧力が高まると、その水圧変化によって圧力室９内の圧力が高まって、図中に鎖線で示すようにダイヤフラム１４が下方へ変形し、その変形により、可動弁体１２が下降して流路の開度が小さくなる。
また、弁箱１内の一次側弁室ａの圧力が低くなると、その水圧変化によって圧力室９内の圧力も低くなって、図中に実線で示すようにダイヤフラム１４が上方へ変形し、その変形により、可動弁体１２が上昇して流路の開度が大きくなる。

このように、一次側弁室ａの圧力によって弁孔４の開度が自動調整され、二次側へ供給される流量が一定に維持されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

また、図４に示すように、インライン形式の定流量弁２０を採用する場合もある。この定流量弁は、弁孔２４を挟んで一次側弁室ａから二次側弁室ｂへと直線状に伸びる弁箱２１内に、筒状の弁体２２を管軸方向に進退自在に配置している。
その弁体２２の外周には圧力調整ばね（弾性部材）２５が設けられており、弁体２２は、その外周に嵌められた圧力調整ばね２５によって、前記弁孔２４から上流側に離れる方向に付勢されている。

その筒状の弁体２２の内側が一次側弁室ａの流路の一部となっており、その弁体２２内の流路には、途中に縮径部２６が設けられている。
その縮径部２６はベンチュリとして機能し、縮径部２６の上流側に位置するやや大径の一般部２３における流速ｕ１と、その縮径部２６における流速ｕ２とでは、流速＝流量／断面積の関係から、
ｕ２＞ｕ１
が成り立つようになっている。

この流速の差異によって、縮径部２６と一般部２３とでは圧力差が生じることとなり、一般部２３における圧力ｐ１と、縮径部２６における圧力ｐ２との間では、
ｐ２＜ｐ１
が成り立つようになっている。この圧力差は、流量が大きくなるほど顕著となる。

一般部２３における圧力ｐ１は、第一導通孔２３ａと通じて弁体２２の外周に設けたシリンダ室の第一圧力室２３ｂに導入され、縮径部２６における圧力ｐ２は第二導通孔２６ａを通じて弁体２２の外周に設けたシリンダ室の第二圧力室２６ｂに導入されている。

弁体２２の外周に設けたピストン部２２ａには、前記第一圧力室２３ｂ内の圧力ｐ１と、前記第二圧力室２６ｂ内の圧力ｐ２及び前記圧力調整ばね２５による押圧力が作用し、流量の増大により前記圧力差が高まれば弁体２２が閉弁方向へ移動し、流量の減少により前記圧力差が低くなれば開弁方向に移動する。この圧力差に基づく弁体２２の移動によって、流路の開度を調整できるようになっている（例えば、特許文献２参照）。

特開平６−３３１０５６号公報（第３頁、第２図）特開昭６４−５８８８６号公報（第５頁、第１図）

図３に示す定流量弁１０は、弁箱１内の一次側弁室ａの圧力と二次側弁室ｂの圧力差に基づいてダイヤフラムを変形させ、その変形によって可動弁体１２を開閉させる構成である。このため、弁箱１内の僅かな圧力変動によって可動弁体１２が動いてしまい、一定の流量を維持することができない場合がある。また、圧力調整ばね１３が弁箱１内の流路に配置されているため、その圧力調整ばね１３に異物がからみ付くと、動作不良を起こす場合も考えられる。

また、図４に示す定流量弁２０によれば、縮径部２６とその上流側の一般部２３との圧力差に基づいて弁体２２が開閉するため、一定の流量を維持しやすい構成である。また、圧力調整ばね２５が弁箱２１内の流路を外れた部分に配置されているため、異物による動作不良の問題も少なくなっている。

しかし、この定流量弁２０は、筒状の弁体２２の外周に圧力調整ばね２５を嵌めて、その弁体２２と圧力調整ばね２５とを弁箱２１内に収めている。このため、圧力調整ばね２５を収容するスペースが狭い。
定流量弁２０の流量の設定は、ベンチュリの径や、圧力調整ばね２５の径、ばね定数等の組合わせで設定されるため、圧力調整ばね２５の収容スペースが狭いと、流量を設定するための設計上の自由度が少なくなるという問題がある。

また、この定流量弁２０の流量の設定変更を行おうとすると、その都度、圧力調整ばね２５をばね係数の異なるものに取り替える必要がある。
このとき、圧力調整ばね２５は、弁箱２１内の弁体２２の外周に嵌められているため、その取替えの流路の配管に固定されている弁箱２１を、その配管から取り外すこととなる。このような作業は大がかりな作業である。流量の設定変更は、できる限り簡単な作業でできることが望ましい。

そこで、この発明は、流量を設定するための設計上の自由度を高め、簡単な作業で流量の設定変更ができるようにすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、弁箱内の流路を一次側弁室と二次側弁室とに仕切る仕切壁に、その一次側弁室と二次側弁室を結ぶ弁孔が形成され、その弁孔周囲に弁座が設けられた玉形弁の前記弁箱内に弁軸が軸方向へ進退可能に挿通されて、その弁軸に設けられた弁体が前記弁軸の進退とともに前記弁座に接離可能であり、前記弁箱にシリンダ室が設けられ、前記弁軸に設けたピストン部がその弁軸の軸方向進退とともに前記シリンダ室内で進退可能でそのシリンダ室内はそのピストン部を挟んで一方に第一圧力室が他方に第二圧力室が設けられており、前記弁箱内の一次側の流路に縮径部を設けて、その縮径部の流路から引き出された配管が第二圧力室へ前記縮径部の上流側の流路から引き出された配管が第一圧力室へそれぞれ通じて、前記弁軸は前記弁箱の二次側弁室側に設けられた開口を塞ぐ蓋を貫通して設けられ、前記弁体は前記蓋の外側に設けられた弾性部材によって開弁方向に付勢されており、前記縮径部における流路内とその縮径部の上流側の流路内との圧力差が大きくなれば前記弁体が前記弁座に接近し、前記圧力差が小さくなれば前記弁体が前記弁座から離反して流路の開度が調整されるようになっている定流量弁の構成を採用した。

定流量弁として玉形弁を採用したことにより、ベンチュリからの流体圧に基づいてシリンダ室内で動くピストン部を弁軸に設けることができる。また、定流量弁として玉形弁を採用して弁軸を弁箱外に突出させれば、弁体付勢用の弾性部材を弁箱外に設けることができる。
このため、流体圧によって動作するシリンダ室及びピストン部の配置スペースを広く確保し得るようになる。また、弁体を付勢するための弾性部材を収容するスペースも広く確保し得るようになる。
したがって、定流量弁の流量を設定するための設計上の自由度を高めることができる。また、弾性部材を弁箱外に配置したので、簡単な作業で流量の設定変更ができるようになる。

この構成において、前記開口を通じて前記弁箱内にガイド筒が挿入され、前記弁軸は前記ガイド筒内を筒軸方向に仕切る隔壁に貫通して設けられて、前記弁体は前記隔壁よりも前記弁座側において前記ガイド筒の内面にガイドされており、前記シリンダ室と前記二次側弁室とは前記隔壁によって仕切られている構成を採用することができる。

この構成によれば、ガイド筒が、弁体の弁座に対する進退及び弁軸の軸方向進退をガイドし、また、そのガイド筒は、隔壁を備えたことによって二次側弁室とシリンダ室を仕切る機能も発揮する。
このため、定流量弁の設定流量を変更する際、例えば、弁体を受圧面積の異なるものに取替える場合などにおいて、ガイド筒を内径の異なるものに取替えることにより、弁体の径の変更が容易になる。

なお、ピストン部が、前記隔壁よりも前記蓋側において前記ガイド筒の内面にガイドされている構成とすることもできる。
この構成によれば、ガイド筒を内径の異なるものに取替えることにより、ピストンの径を変更することが容易になる。

また、前記縮径部の流路から引き出された前記配管に三方弁を設けた構成を採用することができる。
この構成によれば、常時は三方弁を縮径部の流路とシリンダ室の第二圧力室とを連通する状態とし、点検時等において、一次側から二次側への流れを完全に止める必要がある場合は、三方弁をシリンダ室の第二圧力室内の圧力を外部に開放させるように切り換えることで、容易に弁体を閉弁させることができる。

なお、前記ベンチュリの構成として、例えば、前記縮径部を、前記玉形弁の弁箱の内壁と、前記仕切壁との接続部分のうち最も上流側に位置する結節点よりも上流側に設けた構成を採用することができる。

玉形弁の弁箱において、一次側弁室と二次側弁室とを仕切る仕切壁よりも上流側は、通常、外方へ突出する筒状を成しており、その突出端にフランジ等が設けられて上流側に位置する他の配管と接続できる形状となっている。
この突出した部分は筒状であるので、弁箱の仕切壁の介在する部分と比較して流路の径を任意に変更しやすいため、ベンチュリの径を用途に応じて変更しやすい。このため、ベンチュリの位置を仕切壁の上流側とすれば、設計上の自由度を高めることができる。

この発明は、定流量弁として玉形弁を採用したことにより、ベンチュリからの流体圧に基づいてシリンダ室内で動くピストン部を弁軸に設けることができる。また、定流量弁として玉形弁を採用して弁軸を弁箱外に突出させたことにより、弁体付勢用の弾性部材を弁箱外に設けることができる。

このため、流体圧によって動作するシリンダ室及びピストン部の配置スペース、及び、弁体を付勢するための弾性部材を収容するスペースも広く確保し得るようになるので、定流量弁の流量を設定するための設計上の自由度を高めることができる。
また、弾性部材を弁箱外に配置したので、簡単な作業で流量の設定変更ができるようになる。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この定流量弁３０は、配水管の途中に設けられるものであり、玉形弁の弁箱３１内の流路を一次側と二次側とに仕切る仕切壁３３の中央に、その一次側と二次側の各弁室ａ，ｂ間を上下に結ぶ弁孔３４が形成されている。また、その弁孔３４周囲に弁座３５が設けられている。

その弁箱３１に、前記二次側（下流側）弁室ｂの上面に設けられた開口を塞ぐ蓋３１ａが設けられている。その蓋３１ａを貫通する孔３１ｃ内を通過して、弁箱３１内外に弁軸３６が上下方向に挿通されている。弁軸３６は、その上端が蓋３１ａよりも上方へ突出し、その下端が前記弁体３２にねじ結合されて、弁軸３６と弁体３２とが一体に上下へ動くようになっている。
すなわち、その弁軸３６及び弁体３２が弁孔３４に対して軸方向に進退し、その進退によって弁体３２が前記弁座３５に接離することにより、一次側（上流側）弁室ａと二次側弁室ｂへの流路の開度が調整される。

また、前記弁箱３１上面の開口を通じて、前記弁箱３１内に円筒状を成すガイド筒３７が挿入されている。

前記弁軸３６は、そのガイド筒３７内を筒軸方向に仕切る隔壁３８に貫通して設けられている。隔壁３８は、その壁面の面方向がガイド筒３７の筒軸方向に直交する方向に設けられており、その隔壁３８の中心に設けた貫通孔３８ａ内に前記弁軸３６が軸方向進退可能に挿通されている。

前記弁体３２は断面円形を成し、前記隔壁３８よりも前記弁座３５側において前記ガイド筒３７の内面にガイドされている。すなわち、その弁体３２の外周が、全周に亘って前記ガイド筒３７の内面に摺動することにより、前記接離方向への動きがガイドされている。
開弁状態において、弁孔３４を通過した水は、弁体３２の下部に設けた鋸歯状の仕切板３２ｂの間を通過し、ガイド筒３７の下端に設けた流通孔３７ａを通って二次側に流れていく。鋸歯状の仕切板３２ｂは、開弁の際に二次側弁室ｂ内に急激な水圧上昇が生じるのを抑制する機能を有する。

また、前記貫通孔３８ａの内周面と弁軸３６の外周面との間は、常に液密が維持されているので、その隔壁３８よりも蓋３１ａ側の空間Ｓと、隔壁３８よりも弁座３５側の空間３９（前記二次側弁室ｂ）とは、前記隔壁３８によって液密に仕切られている。この隔壁３８よりも蓋３１ａ側の空間Ｓが、シリンダ室４０の一部として機能するようになっている。

前記弁軸３６の中程に断面円形のピストン部４３が設けられている。ピストン部４３は、前記ガイド筒３７内の前記隔壁３８よりも前記蓋３１ａ側の空間Ｓに収容されて、前記弁軸３６と一体に軸方向へ移動する。そのピストン部４３の外周は、全周に亘って前記ガイド筒３７の内面に摺動することにより、その動きがガイドされている。

また、前記蓋３１ａの孔３１ｃを塞ぐように、その蓋３１ａの上面に接続部材５１が固定されている。
接続部材５１は内部に中空の空間Ｒを有し、その中空の空間Ｒは前記蓋３１ａの孔３１ｃを通じて、前記隔壁３８と蓋３１ａとの間の空間Ｓのうちピストン部４３の上方の空間に連通している。その空間Ｒと空間Ｓ（ピストン部４３を挟んで上方の空間と下方の空間とを含む）とでシリンダ室４０を成している。

前記弁軸３６は、前記蓋３１ａの孔３１ｃを貫通して前記空間Ｒ内を通り、前記接続部材５１の上端に設けた孔５１ａを通って上方へ突出している。弁軸３６は、接続部材５１に対して軸方向へ進退可能となっており、その孔５１ａの内周面と弁軸３６の外周面との間は、常に液密が維持されている。

また、弁軸３６の上端に、ばね受部材５３がナット５４で固定されている。そのばね受部材５３と前記接続部材５１のばね受部５２との間にコイルバネ（弾性部材）５０が設けられているので、その弾性力によって弁軸３６は上方へ付勢されている。このため、弁体３２は、開弁方向（弁座３５から離反する方向）へ付勢されている。

前記ピストン部４３は、前記弁軸３６の軸方向進退とともに前記シリンダ室４０内のうち前記空間Ｓ内で進退可能であり、そのシリンダ室４０内は、そのピストン部４３を挟んで一方（上方）が第一圧力室４１、他方（下方）が第二圧力室４２となっている。

また、前記玉形弁の弁箱３１内の一次側の流路に、縮径部４６が設けられている。その縮径部４６は、前記弁箱３１の外径を縮径させるようにして形成されており、縮径部４６の内径Ｄ１は、その上流側の一般部４５の内径Ｄ２よりも小さくなっている。

縮径部４６は、弁箱３１の内壁と、前記仕切壁３３との接続部分のうち最も上流側に位置する結節点３３ａよりも上流側に設けられている。
また、一次側弁室ａと二次側弁室ｂとを仕切る仕切壁３３よりも上流側は、図１に示すように、外方へ突出する筒状部３１ｂを成している。その筒状部３１ｂの突出端にフランジｆが設けられて上流側に位置する他の配管と接続できる形状となっている。

このため、弁箱３１の製造工程において、例えば、ベンチュリの径を変更する場合には、この突出した筒状部３１ｂの形状を変更すれば、仕切壁３３の介在する弁箱３１の本体部の形状を変更することなく、比較的容易に異なるベンチュリ形状を有する弁箱３１の製造が可能である。

その縮径部４６の流路から引き出された配管４６ａが、開口４２ａを通じて第二圧力室４２へ、また、前記縮径部４６の上流側の流路である一般部４５から引き出された配管４５ａが、開口４１ａを通じて第一圧力室４１へそれぞれ連通している。

前記縮径部４６における流路内とその縮径部４６の上流側の流路内との圧力差が大きくなれば、第一圧力室４１と第二圧力室４２との圧力差が大きくなってピストン部４３は、前記コイルバネ５０の弾性力に抗して下方へ移動し、すなわち、前記弁体３２が前記弁座３５に接近する。
前記圧力差が小さくなれば、第一圧力室４１と第二圧力室４２との圧力差が小さくなってピストン部４３は上方へ移動し、すなわち、前記弁体３２が前記弁座３５から離反する。
この弁体３２の動きにより、流路の開度が自動的に調整されるようになっている。

また、前記縮径部４６の流路から引き出された前記配管４６ａには、三方弁４７が設けられている。
この三方弁４７は、常時は縮径部４６の流路とシリンダ室４０の第二圧力室４２とを連通する状態とし、点検時等において、弁箱３１内の一次側から二次側への流れを完全に止める必要がある場合は、三方弁４７をシリンダ室４０の第二圧力室４２内の圧力を外部に開放させるように切り換えることで、容易に弁体３２を閉弁させることができる。

この定流量弁３０の作用について説明すると、前記縮径部４６はベンチュリとして機能し、その縮径部４６の上流側に位置する一般部４５における流速ｕ１と、その縮径部４６における流速ｕ２とでは、流速＝流量／断面積の関係から、
ｕ２＞ｕ１
が成り立つようになっている点は従来例と同じである。

この流速の差異によって、縮径部４６と一般部４５とでは圧力差が生じることとなり、一般部４５における圧力ｐ１と、縮径部４６における圧力ｐ２との間では、
ｐ２＜ｐ１
が成り立つようになっている。この圧力差は、流量が大きくなるほど顕著となる。

このため、管内の流速が遅いときは、一般部４５における圧力ｐ１と縮径部４６における圧力ｐ２との間では、ｐ２が少しだけｐ１より小さい関係となり、図１に示すように、ピストン部４３は、その僅かな圧力差と前記コイルバネ５０の弾性力により押し上げられて、弁体３２は開弁状態に維持される。

なお、弁体３２が弁座３５から離反する方向に動く際には、前記配管４５ａ，４６ａには、図１に示す矢印Ａ，Ｂ方向の水の流れが生じる。
また、前記ガイド筒３７内の空間３９においては、弁体３２が隔壁３８に近づくので、その空間３９内の水が、弁体３２に設けた孔３２ａを通じて下方に向かって移動して、弁体３２の動きを阻害しないようになっている。

管内の流速が高まると、一般部４５における圧力ｐ１と縮径部４６における圧力ｐ２との間では、ｐ２がｐ１よりも大きく下回る関係となり、図２に示すように、ピストン部４３は前記コイルバネ５０の弾性力に抗して押し下げられる。このため、弁体３２は弁座３５に接近し、一次側から二次側への流量が一定に維持される。

弁体３２が弁座３５に接近する方向に動く際には、前記配管４５ａ，４６ａには、図２に示す矢印Ｃ，Ｄ方向の水の流れが生じる。
また、前記ガイド筒３７内の空間３９においては、弁体３２が隔壁３８から離れるので、その空間３９内の水が、弁体３２に設けた孔３２ａを通じて上方に向かって移動して、弁体３２の動きを阻害しないようになっている。

一実施形態の開弁状態を示す断面図図１に示す状態から流速が増大し、弁体がやや弁座に接近した状態を示す断面図従来例の断面図従来例の断面図

符号の説明

１，２１，３１弁箱
２流路
３，３３仕切壁
４，２４，３４弁孔
５，３５弁座
６，３６弁軸
９圧力室
１０，２０，３０定流量弁
１１，４５ａ，４６ａ配管
１２可動弁体
１３，２５，５０圧力調整ばね（弾性部材）
２２，３２弁体
２３，４５一般部
２６，４６縮径部
３１ａ蓋
３１ｃ，３２ａ，５１ａ孔
３７ガイド筒
３８隔壁
３８ａ貫通孔
３９，Ｓ，Ｒ空間
４０シリンダ室
４１第一圧力室
４２第二圧力室
４３ピストン部
４７三方弁
５１接続部材
５２ばね受部
５３ばね受部材
ａ一次側弁室
ｂ二次側弁室
ｆフランジ

Claims

弁箱３１内の流路を一次側弁室ａと二次側弁室ｂとに仕切る仕切壁３３に、その一次側弁室ａと二次側弁室ｂを結ぶ弁孔３４が形成され、その弁孔３４周囲に弁座３５が設けられた玉形弁３０の前記弁箱３１内に弁軸３６が軸方向へ進退可能に挿通されて、その弁軸３６に設けられた弁体３２が前記弁軸３６の進退とともに前記弁座３５に接離可能であり、前記弁箱３１にシリンダ室４０が設けられ、前記弁軸３６に設けたピストン部４３がその弁軸３６の軸方向進退とともに前記シリンダ室４０内で進退可能でそのシリンダ室４０内はそのピストン部４３を挟んで一方に第一圧力室４１が他方に第二圧力室４２が設けられており、前記弁箱３１内の一次側の流路に縮径部４６を設けて、その縮径部４６の流路から引き出された配管が第二圧力室４２へ前記縮径部４６の上流側の流路から引き出された配管が第一圧力室４１へそれぞれ通じて、前記弁軸３６は前記弁箱３１の二次側弁室ｂ側に設けられた開口を塞ぐ蓋３１ａを貫通して設けられ、前記弁体３２は前記蓋３１ａの外側に設けられた弾性部材５０によって開弁方向に付勢されており、前記縮径部４６における流路内とその縮径部４６の上流側の流路内との圧力差が大きくなれば前記弁体３２が前記弁座３５に接近し、前記圧力差が小さくなれば前記弁体３２が前記弁座３５から離反して流路の開度が調整されるようになっている定流量弁。
前記開口を通じて前記弁箱３１内にガイド筒３７が挿入され、前記弁軸３６は前記ガイド筒３７内を筒軸方向に仕切る隔壁３８に貫通して設けられて、前記弁体３２は前記隔壁３８よりも前記弁座３５側において前記ガイド筒３７の内面にガイドされており、前記シリンダ室４０と前記二次側弁室ｂとは前記隔壁３８によって仕切られていることを特徴とする請求項１に記載の定流量弁。
前記ピストン部４３は、前記隔壁３８よりも前記蓋３１ａ側において前記ガイド筒３７の内面にガイドされていることを特徴とする請求項２に記載の定流量弁。
前記縮径部４６の流路から引き出された前記配管に三方弁４７を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の定流量弁。