JP5534928B2 - ケージ型減圧装置 - Google Patents

Description

この発明は、低騒音型のレギュレータもしくは調節弁に設けられるケージ型減圧装置に関するものである。

従来から、低騒音型のレギュレータもしくは調節弁には、上流側の一次側流路１１０を流れる高圧流体に対して多段減圧を行い、下流側の二次側流路１１１に流すケージ型減圧装置が設けられている。ケージ型減圧装置は、図７に示すように、一次側流路１１０と二次側流路１１１との間にケージ１００およびプラグ１０３が配置されて構成されている。このケージ１００は可変ケージ部１０１および固定ケージ部１０２を有している。
可変ケージ部１０１の側面下部には多数の小孔１０１ａが形成されている。この可変ケージ部１０１では、内周側に配置されたプラグ１０３が上下に摺動することによって、一次側流路１１０からの流体が通過可能な小孔１０１ａの総面積（開孔面積）が連続的に変化する。また、固定ケージ部１０２は、可変ケージ部１０１の下方に配置されている。この固定ケージ部１０２の底面部には、内側に向かって突出した円筒状の突部１０２ａが形成され、その側面には多数の小孔１０２ｂが形成されている（例えば特許文献１参照）。

このように構成されたケージ型減圧装置では、プラグ１０３が上方向に摺動することによって可変ケージ部１０１の開孔面積が広がる。これにより、一次側流路１１０からの流体が小孔１０１ａにより減圧されて固定ケージ部１０２側に流れる。次いで、固定ケージ部１０２側に流れた流体は、小孔１０２ａにより減圧されて突部１０２ａに形成された凹部１０２ｃ側に流れる。次いで、凹部１０２ｃ側に流れた流体は、凹部１０２ｃ内で互いに衝突して運動エネルギーを失った後、二次側流路１１１側に流れる。
そのため流体は、弁本体の内底面に激しく衝突することはなく、騒音、振動、キャビテーション等の発生を防止することができる。

また、減圧性能をより高めるために、可変ケージ部１０１の外周側に固定ケージ部をさらに設けて、１段の可変ケージ部と２段の固定ケージ部による３段減圧を行うように構成されたものもある。

特開平８−９３９６４号公報

上述したように、従来のケージ型減圧装置では、１段の可変ケージ部と１段の固定ケージ部による２段減圧、あるいは１段の可変ケージ部と２段の固定ケージ部による３段減圧に構成されている。
しかしながら、いずれの多段減圧トリムにおいても可変ケージ部は１段であり、図５において波線で示す（１段の可変ケージ部と２段の固定ケージ部の場合における）流量特性のように、弁開度が小さく可変ケージ部の開孔面積が狭い領域では流量の立ち上がりが早く、弁開度が大きく可変ケージ部の開孔面積が広い領域では流量が増えにくい状態となるため、制御性が悪いという課題があった。

また、ケージ型減圧装置において低騒音化を行う際には、各ケージ部において段階的に減圧を行うことが理想的である。しかしながら、従来のケージ型減圧装置では、いずれの多段減圧トリムにおいても可変ゲージ部は１段で構成されているため、図８に示す（１段の可変ケージ部と２段の固定ケージ部の場合における）減圧比のように、この可変ゲージが減圧の多くを担うこととなり、騒音が発生しやすい状況となってしまうという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、低騒音型のレギュレータまたは調節弁において、高圧流体の減圧における騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御を実現することができるケージ型減圧構造を提供することを目的としている。

この発明に係るケージ型減圧装置は、上流側からの流体を減圧して下流側に流すケージ型減圧装置であって、上流側からの流体を内部に流す多数の孔を有する外周側可変ケージ部と、外周側可変ケージ部の内周側に配置され、外周側可変ケージ部からの流体を内部に流す多数の孔を有する内周側可変ケージ部と、外周側可変ケージ部と内周側可変ケージ部との間に配置され、摺動することによって流体が通過可能な外周側可変ケージ部および内周側可変ケージ部の孔を連続的に変化させる遮断壁面を有するプラグと、内周側可変ケージ部からの流体を下流側に流す多数の孔を有する固定ケージ部とを備え、遮断壁面の上端部側に空間を設け、遮断壁面には、下端部から空間に向かい貫通した均圧孔が形成され、外周側可変ケージ部の孔と内周側可変ケージ部の孔は互いの軸心の位置がずれて配置されるものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、２段の可変ケージ部と１段の固定ケージ部を設け、２つの可変ケージ部の孔をずらして配置することによって、高圧流体の減圧における騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御が実現することができる。

この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における可変ケージ部の小孔の配置を示す（ａ）断面斜視図であり、（ｂ）模式図である。 この発明の実施の形態１における可変ケージ部の小孔の別の配置を示す模式図である。 この発明の実施の形態１における均圧孔の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置と従来のケージ型減圧装置における流量特性を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置における減圧比を示す図である。 従来のケージ型減圧装置の構成を示す断面図である。 従来のケージ型減圧装置における減圧比を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置の構成を示す断面図である。
低騒音型のレギュレータもしくは調節弁に設けられたケージ型減圧装置は、図１に示すように、高圧流体が流れる上流側の一次側流路１０と下流側の二次側流路１１との間に、第１のケージ１、プラグ２および第２のケージ３が配置されて構成されている。この第１のケージ１は外周側可変ケージ部４を有している。また、第２のケージ３は内周側可変ケージ部および固定ケージ部６を有している。

外周側可変ケージ部４は、一次側流路１０からの流体を減圧するものであり、プラグ２の外周側に配置され、側面下部には多数の小孔４ａが形成されている。この外周側可変ケージ部４は、プラグ２の後述する遮断壁面２ａが上下に摺動することによって、一次側流路１０からの流体が通過可能な小孔４ａの総面積（開孔面積）が連続的に変化する。この外周側可変ケージ部４により減圧された流体は内部側可変ケージ部５側に流れる。

内周側可変ケージ部５は、外周側可変ケージ部４からの流体を減圧するものであり、プラグ２の内周側に配置され、側面下部には多数の小孔５ａが形成されている。この内周側可変ケージ部５は、プラグ２の遮断壁面２ａが上下に摺動することによって、外周側可変ケージ部４からの流体が通過可能な小孔５ａの総面積（開孔面積）が連続的に変化する。この内周側可変ケージ部５により減圧された流体は固定ケージ部６側に流れる。

ここで、外周側可変ケージ部４および内周側可変ケージ部５に形成される小孔４ａ，５ａの配置および個数について説明する。
図２，３はこの発明の実施の形態１における可変ケージ部４，５の小孔４ａ，５ａの配置を示す図である。この図２（ｂ），３において、実線は外周側可変ケージ部４に形成された小孔４ａを示し、点線は内周側可変ケージ部５に形成された小孔５ａを示している。また、図２（ｂ）は、小孔４ａ数と小孔５ａ数を同一にした場合、図３は、小孔４ａ数を小孔５ａ数の半分にした場合を示している。
図２，３に示すように、外周側可変ケージ部４の小孔４ａと内周側可変ケージ部５の小孔５ａとは、同軸上には配置されず、互い違いになるように軸心の位置がずれて配置されている。このように配置することで、小孔４ａから噴出した流体は、一旦内周側可変ケージ部５の壁面に当たった後に周囲の小孔５ａに分散して固定ケージ部６側に流れることとなり、減圧性能を高めることができる。

また、図２，３に示すように、小孔４ａと小孔５ａとを規則的に配置することで、いずれの小孔４ａから流出した流体に対しても均一に近い状態で減圧を行うことができる。
また、図３に示すように、小孔４ａ数と小孔５ａ数とを変えることで、さらに減圧性能を高めることができ、適切な減圧を行うことができる。

プラグ２は、外周側可変ケージ部４と内周側可変ケージ部５との間に配置され、小孔４ａ，５ａ部分での流体の通過量を制限する遮断壁面２ａを有するものである。このプラグ２は、不図示の操作器により上下に移動して、遮断壁面２ａを外周側可変ケージ部４と内周側可変ケージ部５との間で摺動させることによって、可変ケージ部４，５の開孔面積を連続的に変化させる。
また、図４に示すように、遮断壁面２ａの上端部側には均圧空間７が形成され、遮断壁面２ａには、下端部から均圧空間７に向かい貫通した均圧孔２ｂが形成されている。この均圧孔２ｂは、遮断壁面２ａが上方向に摺動して流体が内周側可変ケージ部５内部に流れ込む際に遮断壁面２ａ下端部側に発生する遮断壁面２ａに対する不平衡力（遮断壁面２ａを押し上げる力）を抑制するものである。

固定ケージ部６は、内周側可変ケージ部５からの流体を減圧するものであり、内周側可変ケージ部５の下方に配置され、側面下部および底面には多数の小孔６ａが形成されている。この固定ケージ部６により減圧された流体は二次側流路１１側に流れる。

次に、上記のように構成されたケージ型減圧装置における流量特性および減圧比について説明する。
図５はこの発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置における流量特性（実線）と従来のケージ型減圧装置における流量特性（破線）を示す図である。この図５において、横軸は弁開度（可変ケージ部の開孔面積）を示し、縦軸はそのときの流量を示している。
図５に示すように、２段の可変ケージ部４，５と１段の固定ケージ部６により構成されるケージ型減圧装置を用いた場合、従来のケージ型減圧装置（１段の可変ケージ部と２段の固定ケージ部）に対して、ほぼリニアな流量特性を得ることができるため、制御性が良好となる。

また、図６はこの発明の実施の形態１に係るケージ型減圧装置における減圧比を示した図である。この図６において、横軸は弁開度（可変ケージ部の開孔面積）を示し、縦軸はそのときの各段のケージ部４〜６による減圧比を示している。
２段の可変ケージ部４，５と１段の固定ケージ部６により構成されるケージ型減圧装置を用いた場合、図６に示すように、弁開度が小さい領域では、１段目の外周側可変ケージ部４による減圧が最も大きく減圧段階が進むにしたがって減圧比が小さくなっている。また、弁開度が中間開度以降になると３段目の固定ケージ部６による減圧が形成される。このように、弁開度が小さい領域においても、まず１段目の外周側可変ケージ部４により十分に減圧した後に、２段目の内周側可変ケージ部１，３段目の固定ケージ部６において減圧比を順に小さくして減圧を行うことができる。そのため、高圧流体が一気に噴出することはなくなり、適正に減圧を行うことができるため、騒音、振動、キャビテーション等の発生をできるだけ抑制することができる。

また、遮断壁面２ａが上方向に摺動して流体が内周側可変ケージ部５内部に流れ込むと、遮断壁面２ａ下端部側に遮断壁面２ａに対する不平衡力（遮断壁面２ａを押し上げる力）が発生する。しかしながら、この遮断壁面２ａに、下端部から均圧空間７に貫通した均圧孔２ｂを形成することによって、遮断壁面２ａ下端部側を均圧空間７と同じ圧力にすることができ、遮断壁面２ａに対する不平衡力を相殺することができる。これにより、プラグ３を操作する操作器に余分な負荷を与えることなく減圧制御を行うことができ、制御性を改善することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、２段の可変ケージ部４，５と１段の固定ケージ部６により高圧の流体を減圧するように構成したので、流量特性と段階ごとの減圧比を適正とすることができ、高圧流体の減圧における騒音、振動、キャビテーション等の発生を抑え、安定的な制御が実現することができる。

なお、この実施の形態１では、図２（ｂ）では小孔４ａ数と小孔５ａ数を同一にした場合を示し、図３では小孔４ａ数を小孔５ａ数の半分にした場合について示したが、これに限るものではなく、小孔４ａ，５ａ数は所望する減圧比に応じて適宜変更されるものである。

１ 第１のケージ
２ プラグ
２ａ 遮断壁面
２ｂ 均圧孔
３ 第２のケージ
４ 外周側可変ケージ
４ａ 小孔
５ 内周側可変ケージ
５ａ 小孔
６ 固定ケージ
６ａ 小孔
７ 均圧空間
１０ 一次側流路
１１ 二次側流路

Claims (3)

1. 上流側からの流体を減圧して下流側に流すケージ型減圧装置であって、
   前記上流側からの流体を内部に流す多数の孔を有する外周側可変ケージ部と、
   前記外周側可変ケージ部の内周側に配置され、前記外周側可変ケージ部からの流体を内部に流す多数の孔を有する内周側可変ケージ部と、
   前記外周側可変ケージ部と前記内周側可変ケージ部との間に配置され、摺動することによって流体が通過可能な前記外周側可変ケージ部および前記内周側可変ケージ部の孔を連続的に変化させる遮断壁面を有するプラグと、
   前記内周側可変ケージ部からの流体を前記下流側に流す多数の孔を有する固定ケージ部とを備え、
   前記遮断壁面の上端部側に空間を設け、前記遮断壁面には、下端部から前記空間に向かい貫通した均圧孔が形成され、
   前記外周側可変ケージ部の孔と前記内周側可変ケージ部の孔は互いの軸心の位置がずれて配置されることを特徴とするケージ型減圧装置。
2. 前記外周側可変ケージ部の孔と前記内周側可変ケージ部の孔は規則的に配置される
   ことを特徴とする請求項１記載のケージ型減圧装置。
3. 前記外周側可変ケージ部の孔数と前記内周側可変ケージ部の孔数は異なる
   ことを特徴とする請求項２記載のケージ型減圧装置。

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