JP5030521B2 - 流量調整バルブ - Google Patents

Description

本発明は、流体の温度変化に応じてその流量を自動的に調整する流量調整バルブに関する。

配管内を流れる流体の流量をその温度変化に応じて自動的に調整するバルブとして、図６に示すような流量調整バルブ１が知られている。すなわち、フッ素ゴムからなり、その中心軸上に通流路２ａが設けられた弁本体２と、前記弁本体２の外周面を囲繞して当該外周面との間に隙間が生じるように形成された円筒状の外囲器３と、加熱時に膨張し冷却時に収縮する材料からなり、前記弁本体２の外周面と前記外囲器３との間の隙間に充填された熱反応部材４とを備えたバルブ機構５を、ハウジング６に収納した流量調整バルブ１である（例えば、特許文献１参照。）。

かかるバルブ１によれば、ハウジング６の内部キャビティ６ａに達した流体の温度が上昇した場合には、熱反応部材４が膨張して弁本体２に押圧力を作用させる。その結果、通流路２ａの内径が狭められ、通流路２ａを通過する流体の流量が絞られる。逆に、流体の温度が低下した場合には、熱反応部材４が収縮して弁本体２への押圧力が減じられる結果、通流路２ａの内径が拡げられ、通流路２ａを通過する流体の流量が増やされる。つまり、ハウジング６の内部キャビティ６ａにおける流体の温度変化に応じて熱反応部材４が膨張・収縮を行い、これにより通流路２ａの内径が拡縮して通流路２ａを通過する流体の流量を自動的に調整することができる。
米国特許第６４０９１４７号明細書

しかしながら、上述の流量調整バルブ１では、弁本体２に設けられた通流路２ａの軸方向に直交する断面の形状が弁本体２の外形と同じ真円で形成されており(図７(a)参照)、通流路２ａの内径ｄおよび弁本体２の肉厚ｔが周方向全体において均一であることから、熱反応部材４が最大限膨張した際に通流路２ａを隙間なく閉塞させるのが困難である場合がある(図７(b)参照)。また、弁本体２を弾性変形させて通流路２ａを隙間なく閉塞させるためには、熱反応部材４の量を増やしてその押圧力を高くしなければならず、バルブ全体の大きさに対して通流可能な流体の流量が極めて少なくなるという問題があった。換言すれば、バルブ１の大型化(大流量化)が困難であるという問題もあった。

さらに、図６に示すように、弁本体２の軸方向両端部は、ワッシャ７或いはニップル８のフランジ部８ａと外囲器３の軸方向端部とで押圧・挟持されており、これにより外囲器３内部の隙間に充填した熱反応部材４が漏出しないように一体化されている。しかしながら、このように弁本体２の軸方向両端部を狭い範囲で押圧・挟持した場合、弁本体２が長期間繰り返し伸縮を行なうことによって弁本体２の軸方向両端部に亀裂が生じると、弁本体２の外周面と外囲器３との隙間に充填した熱反応部材４が外囲器３内部から直ちに漏出するようになり、バルブ１の使用ができなくなるという問題もあった。

それゆえに、本発明の主たる課題は、弁本体の開閉を容易にすることができ、しかも大型化が可能な流量調整バルブを提供することである。また、本発明の従たる課題は、長期間使用しても内部に充填した熱反応部材の漏出の心配がない流量調整バルブを提供することである。

請求項１に記載した発明は、「内部に軸方向へ延びる通流路１６ａが設けられ、且つ外周がストレートな円筒状に形成されたゴム弾性を有する材料からなる弁本体１６と、弁本体１６の外周面を囲繞して該外周面との間に隙間Ｓが 生じるように形成され、且つ常に流体と接する筒状の外囲器１８と、加熱時に膨張し冷却時に収縮する材料からなり隙間Ｓに充填された熱反応部材２０とを備え、流体の温度変化に応じて通流路１６ａを通過する流体の流量が変化する流量調整バルブ１０であって、通流路１６ａには、熱反応部材２０によって拡縮される内径の一部に、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が略楕円形状に拡径された拡径部１６ｂが設けられている」ことを特徴とする流量調整バルブ１０である。

この発明では、外周がストレートな円筒状の弁本体１６内部に設けられた通流路１６ａの熱反応部材２０によって拡縮される内径の一部に、その内径が拡径した拡径部１６ｂが設けられている。このため、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の部分は、その肉厚が薄くなっており、弁本体１６の外部から応力が与えられた場合、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の部分が選択的に弾性変形するようになる。然も拡径部１６ｂは、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が略楕円形状にて形成されているので、通流路１６ａを閉塞させるべく弁本体１６の外部から均一に応力を加えた場合、この拡径部１６ｂは短径Ｄ１が減少する方向に変形し易くなっている。

このため、流体の温度上昇に伴い熱反応部材２０が熱膨張して弁本体１６に押圧力が作用すると、弁本体１６は、略楕円形状にて形成された拡径部１６ｂ断面の短径Ｄ１を減少させるよう容易に変形し、これに伴い通流路１６ａの断面積が漸減する。そして、熱反応部材２０の熱膨張が最大になった際には、拡径部１６ｂ断面の短径Ｄ１がほぼゼロとなり、通流路１６ａが閉塞して弁本体１６に設けられた通流路１６ａにおける流体の通流がほぼストップする。

一方、流体の温度低下に伴い熱反応部材２０が収縮して弁本体１６に与えられた押圧力が解除された場合には、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の薄肉部分は、その周辺に連接する肉厚部分の弾性回復力に引っ張られるようになるため、迅速に元の形状に復旧することができる。

このように本発明の流量調整バルブ１０では、通流路１６ａにその内径が拡径した拡径部１６ｂが設けられており、該拡径部１６ｂは、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が略楕円形状にて形成されているので、熱反応部材２０が最大限膨張した際に通流路１６ａを隙間なく容易且つ確実に閉塞させることができ、しかも熱反応部材２０が収縮した際には、通流路１６ａを元の形状に直ちに復旧させることができる。また、このように通流路１６ａを隙間なく容易且つ確実に閉塞或いは開放させることができるので、流量調整バルブの大型化(大流量化)に際しても、熱反応部材２０の量を不所望に増やす必要がない。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の流量調整バルブ１０において、「通流路１６ａの軸方向両端部には短管状の係止部材が挿入され、係止部材と外囲器１８の両端部とで弁本体１６の軸方向両端部が押圧挟持されてなる」ことを特徴とするもので、このように弁本体１６の軸方向両端部を広い範囲で押圧・挟持することにより、弁本体１６が長期間繰り返して伸縮を行なうことによって弁本体１６の軸方向両端部に亀裂が生じたとしても、弁本体１６の外周面と外囲器１８との隙間に充填した熱反応部材２０が外囲器１８内部から直ちに漏出するのを防止することができる。

請求項１又は２に記載の発明によれば、熱反応部材が最大限膨張した際に通流路を隙間なく容易且つ確実に閉塞させることができ、しかも熱反応部材が収縮した際には、通流路を元の形状に直ちに復旧させることができ、通流路が閉塞し続けるのを効果的に防止することができる。このため、流量調整バルブの大型化に際しても、使用する熱反応部材の量を不所望に増やす必要がなく、流量調整バルブの大型化に合せて通流する流体の量を増やすことができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、長期間使用しても内部に充填した熱反応部材の漏出の心配がない流量調整バルブを提供することができる。

以下、本発明を図面に従って詳述する。図１は、本発明における一実施例(第１実施例)の流量調整バルブ１０を示す断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、図１におけるＢ−Ｂ線断面図であり、図４は、図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。これらの図が示すように、本実施例の流量調整バルブ１０は、主としてハウジング１２と、前記ハウジングの内部に収容されるバルブ機構１４とで構成されている。

ハウジング１２は、耐圧性や耐蝕性に優れる金属(例えばステンレスや真鍮等)などで形成された管状の容器体である。このハウジング１２の軸方向一方端部には、その外径が縮径されると共に、配管接続用の雄ネジが螺設された配管接続部１２ａが形成されている。また、ハウジング１２の軸方向他方端部には、後述する雄ネジ部材２４を螺着させてハウジング１２内部の所定位置にバルブ機構１４を配設するための雌ネジ部１２ｂが形成されている。

ここで、このハウジング１２は、その内面をセラミックやＰＴＦＥ(４フッ化エチレン樹脂)などでコーティングするようにしてもよい。このようなコーティングを行なうことによってハウジング１２に耐薬品性や防汚性などを付与することができるからである。

バルブ機構１４は、大略、弁本体１６，外囲器１８および熱反応部材２０などで構成されている。

弁本体１６は、耐熱性や耐薬品性などを備えたフッ素ゴムやシリコーンゴム等のゴム弾性を有する材料からなり、その内部に軸方向へ延びる通流路１６ａが設けられた筒状の部材である。

本実施例の流量調整バルブ１０では、図１乃至図４に示すように、弁本体１６に設けられた通流路１６ａに、その内径が拡径した拡径部１６ｂが設けられている。この該拡径部１６ｂは、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が、通流路１６ａの内径に等しい短径Ｄ１とこれに直交する長径Ｄ２とを有する略楕円形状にて形成されている。また、本実施例では、弁本体１６の外周がストレートな円筒状にて形成されている。

外囲器１８は、耐圧性，耐蝕性および熱伝導性に優れる金属(例えばステンレス等)などの材料からなり、弁本体１６の外周面を囲繞して該外周面との間に隙間Ｓが生じるように形成された筒状の部材である。

ここで、この外囲器１８は、上述したハウジング１２と同様に、その表面をセラミックやＰＴＦＥ(４フッ化エチレン樹脂)などでコーティングするようにしてもよい。このようなコーティングを行なうことによって外囲器１８に耐薬品性や防汚性などを付与することができるからである。

熱反応部材２０は、加熱時に膨張し冷却時に収縮する材料からなり、弁本体１６の外周面と外囲器１８との間に生じた隙間Ｓに充填されることによって、加熱時には弁本体１６に対して押圧力を作用させて通流路１６ａの内径を狭め、冷却時には弁本体１６への押圧力を減じて通流路１６ａの内径を拡げる部材である。この熱反応部材２０の具体例として、例えば、本実施例の流量調整バルブ１０を蒸気配管のスチームトラップとして使用する場合には、常温では固体であるが、８０℃〜９０℃で液体に変化するワックスを用いるのが好適であるが、ハウジング１２内部の温度上昇に応じて段階的に液相に変化する(つまり、体積が変化する)ように設計されたものであれば、如何なるものであってもよい。

以上のような各部材を用いてバルブ機構１４を構成する際には、まず、初めに、弁本体１６に設けられた通流路１６ａの軸方向一方端部に、金属などの剛性材料からなり、一端がフランジ状に形成され、当該フランジ状の部分が弁本体１６の軸方向端面に係止される短管状のリング部材２２を挿入すると共に、通流路１６ａの軸方向他方端部に雄ネジ部材２４の係止部２４ｂを挿入する。

ここで、雄ネジ部材２４とは、ハウジング１２の軸方向他方端部を閉塞するためのものであり、その外周にハウジング１２の雌ネジ部１２ｂと螺合する雄ネジが形成された金属製の本体２４ａを有する。この本体２４ａの軸方向一方端部には、その外径が縮径され、弁本体１６の通流路１６ａに挿入される係止部２４ｂが形成されており、軸方向他方端部には、その外径が縮径され、配管接続用の雄ネジが螺設された配管接続部２４ｃが形成されている。また、本体２４ａ、係止部２４ｂおよび配管接続部２４ｃを貫く軸線上には、係止部２４ｂを通流路１６ａに挿入した際、該通流路１６ａと連通するオリフィス２４ｄが設けられている。

なお、上述したリング部材２２及び雄ネジ部材２４の係止部２４ｂは共に「短管状の係止部材」として機能するものであり、これらの部材を統一的に上位概念で表す場合には「短管状の係止部材」という。

続いて、リング部材２２及び雄ネジ部材２４の係止部２４ｂが挿入された弁本体１６に外囲器１８を被せると共に、係止部２４ｂが挿入された弁本体１６の部分を外囲器１８の外側から押圧してこれらが気密的且つ一体的となるようにかしめる。

そして、弁本体１６の外面と外囲器１８との間の隙間Ｓに熱反応部材２０を充填した後、リング部材２２が挿入された弁本体１６の部分を外囲器１８の外側から押圧してこれらが気密的且つ一体的となるようにかしめることによって、バルブ機構１４が完成する。

また、以上のように構成されたバルブ機構１４をハウジング１２の内部キャビティ１２ｃに挿入し、雄ネジ部材２４の本体２４ａに設けられた雄ネジをハウジング１２の雌ネジ部１２ｂに螺合させることによって本発明の流量調整バルブ１０が完成する。

この流量調整バルブ１０を使用する際には、ハウジング１２および雄ネジ部材２４の配管接続部１２ａ，２４ｃに配管Ｐを接合して、該配管Ｐに流体を通流させる。すると、配管Ｐ内を通流する流体の温度変化によって熱反応部材２０が膨張或いは収縮を行い、これに伴って弁本体１６に設けられた通流路１６ａが縮径或いは拡径して配管Ｐ内を通流する流体の流量が調整される。

本実施例の流量調整バルブ１０では、通流路１６ａにその内径の一部が拡径した拡径部１６ｂが設けられている。このため、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の部分は、その肉厚が薄くなっており、弁本体１６の外部から応力が与えられた場合、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の部分が選択的に弾性変形するようになる。然も拡径部１６ｂは、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が略楕円形状にて形成されているので、通流路１６ａを閉塞させるべく弁本体１６の外部から均一に応力を加えた場合、この拡径部１６ｂは短径Ｄ１が減少する方向に変形し易くなっている。

このため、流体の温度上昇に伴い熱反応部材２０が熱膨張して弁本体１６に押圧力が作用すると、弁本体１６は、略楕円形状にて形成された拡径部１６ｂ断面の短径Ｄ１を減少させるよう容易に変形し、これに伴い通流路１６ａの断面積が漸減する。そして、熱反応部材２０の熱膨張が最大になった際には、図５に示すように、拡径部１６ｂ断面の短径Ｄ１がほぼゼロとなり、通流路１６ａが閉塞して弁本体１６に設けられた通流路１６ａにおける流体の通流がほぼストップする。

一方、流体の温度低下に伴い熱反応部材２０が収縮して弁本体１６に与えられた押圧力が解除された場合には、拡径部１６ｂが設けられた弁本体１６の薄肉部分は、その周辺に連接する肉厚部分の弾性回復力に引っ張られるようになるため、閉塞された拡径部１６ｂを迅速に元の形状へと復旧させることができる。特に、本実施例の流量調整バルブ１０では、拡径部１６ｂの弁本体１６軸方向と直交する略楕円形状の断面に関し、短径Ｄ１が通流路１６ａの内径と等しく形成されており、また、弁本体１６の外周がストレートな円筒状に形成されているので、薄肉部分に対する形状復旧(戻り)時の引張応力が大きくなり、上記効果がより一層顕著なものとなる。

このように本実施例の流量調整バルブ１０では、通流路１６ａにその内径の一部が拡径した拡径部１６ｂが設けられており、該拡径部１６ｂは、通流路１６ａの軸方向と直交する断面が略楕円形状にて形成されているので、熱反応部材２０が最大限膨張した際に通流路１６ａを隙間なく容易且つ確実に閉塞させることができ、しかも熱反応部材２０が収縮した際には、通流路１６ａを元の形状に直ちに復旧させることができ、通流路１６ａが閉塞し続けるのを効果的に防止することができる。また、このように通流路１６ａを隙間なく容易且つ確実に閉塞或いは開放させることができるので、流量調整バルブの大型化(大流量化)に際しても、熱反応部材２０の量を不所望に増やす必要がない。

また、通流路１６ａの軸方向両端部には、短管状の係止部材(具体的には、リング部材２２及び雄ネジ部材２４の係止部２４ｂ)が挿入されており、この係止部材と外囲器１８の両端部とで弁本体１６の軸方向両端部を広い範囲で押圧・挟持して外囲器１８内部の隙間に充填した熱反応部材２０が漏出しないようにしているので、弁本体１６が長期間繰り返して伸縮を行なうことによって弁本体１６の軸方向両端部に多少亀裂が生じたとしても、弁本体１６の外周面と外囲器１８との隙間に充填した熱反応部材２０が直ちに外囲器１８内部から漏出するのを防止することができる。

なお、上述の実施例では、通流路１６ａに挿入する短管状の係止部材の１つとして、雄ネジ部材２４の端部に一体的に形成された係止部２４ｂを示したが、当該係止部２４ｂに替えて雄ネジ部材２４とは別体で構成した短管状の係止部材を用いるようにしてもよい。

また、上述の例では、配管Ｐの端部に雌ネジを形成し、これに流量調整バルブ１０の端部に設けた雄ネジを螺合することによって両者を接続する場合を示したが、配管Ｐの端部に雄ネジを形成し、これに流量調整バルブ１０の端部に設けた雌ネジを螺合して両者を接続するようにしてもよいし、このようなネジ構造に替えてフランジ継手などを設けて両者を接続するようにしてもよい。つまり、配管Ｐと流量調整バルブ１０とを気密的或いは水密的に接続できる構造であれば、配管Ｐと流量調整バルブ１０との接続構造は如何なるものであってもよい。

さらに、拡径部１６ｂの弁本体１６軸方向と直交する断面形状について、短径Ｄ１が通流路１６ａの内径と等しい略楕円形状の場合を示したが、当該断面形状が略楕円形状となるのであれば、短径Ｄ１の大きさは上記のものに限定されるものではない。但し、短径Ｄ１を通流路１６ａの内径と等しくすることによって、上述したように、熱反応部材２０が収縮して弁本体１６に与えられた押圧力が解除された際、薄肉部分に対する形状復旧(戻り)時の引張応力が大きくなり、拡径部１６ｂをより迅速に元の形状へと復旧させることができる。

そして、上述の例では、流量調整バルブ１０としてハウジング１２とこれに収納されるバルブ機構１４とで構成される場合を示したが、流量調整バルブ１０としてバルブ機構１４のみを配管に直接取り付けるようにしてもよい。

本発明における一実施例の流量調整バルブの常態を示す断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線の要部拡大断面図(常態)である。 図１におけるＢ−Ｂ線の要部拡大断面図(常態)である。 図１におけるＣ−Ｃ線断面図(常態)である。 図１におけるＡ−Ａ線の要部拡大断面図(通流路閉塞時)である。 従来の流量調整バルブの常態を示す断面図である。 図６におけるＡ−Ａ線要部拡大断面図であり、（ａ）は常態を、（ｂ）は弁本体の通流路を最大限閉塞させた状態を示す。

符号の説明

１０…流量調整バルブ
１２…ハウジング
１４…バルブ機構
１６…弁本体
１６ａ…通流路
１６ｂ…拡径部
１８…外囲器
２０…熱反応部材
２２…リング部材
２４…雄ネジ部材
２４ｂ…係止部
Ｐ…配管

Claims (2)

1. 内部に軸方向へ延びる通流路が設けられ、且つ外周がストレートな円筒状に形成されたゴム弾性を有する材料からなる弁本体と、前記弁本体の外周面を囲繞して該外周面との間に隙間が生じるように形成され、且つ常に流体と接する筒状の外囲器と、加熱時に膨張し冷却時に収縮する材料からなり前記隙間に充填された熱反応部材とを備え、前記流体の温度変化に応じて前記通流路を通過する流体の流量が変化する流量調整バルブであって、
   前記通流路には、前記熱反応部材によって拡縮される内径の一部に、前記通流路の軸方向と直交する断面が略楕円形状に拡径された拡径部が設けられていることを特徴とする流量調整バルブ。
2. 前記通流路の軸方向両端部には短管状の係止部材が挿入され、前記係止部材と前記外囲器の両端部とで前記弁本体の軸方向両端部が押圧挟持されてなることを特徴とする請求項１に記載の流量調整バルブ。

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