JP5912876B2 - 圧力調整器 - Google Patents

Description

この発明は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、都市ガス（１３Ａ）、天然ガス（ＮＧ）等をガス消費ラインに供給する前段で使用される圧力調整器に関する。

このようなガス消費ラインにおいては、高圧（１．０ＭＰａ以上）から中圧（０．１ＭＰａ以上、１．０ＭＰａ未満）、中圧から低圧（０．１ＭＰａ未満）と言うように、ガス圧力を燃焼器（ガス機器）に適した圧力に調整する必要があり、そのガス圧力調整のために圧力調整器がガス消費ラインに介在される。
この圧力調整器は、ガス導入口から調整弁機構を経てガス導出口に通じ、前記ガス導出口とダイヤフラム室とを連通させて、ガス導出口の圧力変動をダイヤフラム室に導き、ダイヤフラムの変位により前記調整弁機構を作用させる構成である（特許文献１、実用新案登録請求の範囲、図１、図２，特許文献２特許請求の範囲、図１参照）。

この圧力調整器の調整弁機構において、弁体とその弁座の間に異物が噛み込むと、弁の閉塞不良を起こして、ガス導出口のガス圧力（出口圧力）を設定圧力以下に制御できなくなり、燃焼器に設定圧力を超えたガスが供給されて、調整器下流側機器の破損等を招く恐れがある。
このため、その調整弁機構を、主弁と副弁の２つの弁でもって構成し、通常、副弁は開放されて、主弁が異物の噛み込みによって閉塞（閉弁）不良を起こすと、その主弁を介したガス流通によるガス導出口の圧力上昇によって副弁を閉じるようにして、上記ガス導出口のガス圧力（出口圧力）が設定圧力を超えることを防止した圧力調整器が開発されている（特許文献１段落００２４〜同００２５、図２、特許文献２段落００１０、図１のハイカット弁機構Ｈ参照）。

実開平０６−７５０１２号公報 特開２００６−３３８２３９号公報

従来のハイカット弁は、主弁と副弁が上下に離れているため、ガス導入口からのガスは、下側の主弁を通り、さらに副弁を通ってガス導出口に至る経路でもって流れることとなり、流通面積が小さくなるとともに流通抵抗が高くなって円滑なガス流通を確保できないこととなる。特に、大きな流通量を要求される中圧用圧力調整器には問題となる。

この発明は、以上の実状の下、上記流通面積を広く、かつ流通抵抗の低減を図ることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、上記調整弁機構を、上記ガス導出口の圧力が導入されたシリンダと、そのシリンダ内に気密に進退自在に嵌め込まれた筒状主弁体と、その主弁体内に気密に進退自在に嵌め込まれた有蓋筒状副弁体と、前記主弁体と副弁体がそれぞれ接離する主弁座及び副弁座とからなる構成としたのである。
この構成であると、主弁体とその主弁座からなる主弁と、副弁体とその副弁座とからなる副弁を同一面上にその副弁を内側にして位置させることができる。主副弁が同一面上に位置すれば、ガス導入口からのガスは、その面を一度横切ってガス導出口に至る経路でもって流れることとなり、流通面積を広くすることができるとともに流通抵抗を低くできて円滑なガス流通を確保できる。
また、主弁と副弁が同一面上に副弁を内側にして位置することによって、一方の弁が閉じれば、ガス導入口からガス導出口への通路は遮断される。このため、主弁に異物が噛み込んでも副弁が閉じれば、ガス流通は遮断される。

この発明の具体的な構成としては、ガス導入口から調整弁機構を経てガス導出口に通じ、前記ガス導出口とダイヤフラム室とを連通させて、ガス導出口の圧力変動をダイヤフラム室に導き、ダイヤフラムの変位により前記調整弁機構を作動させる圧力調整器において、前記調整弁機構が、前記ガス導出口の圧力が導入されたシリンダと、そのシリンダ内に気密に進退自在に嵌め込まれた筒状主弁体と、その主弁体内に気密に進退自在に嵌め込まれた有蓋筒状副弁体と、前記主弁体と副弁体がそれぞれ接離する主弁座及び副弁座とからなり、前記主弁体と主弁座との間に異物が介在して主弁体が閉じることができずに、その主弁体と主弁座の間を通ってガス導入口からのガスがガス導出口側に流れると、その流通によって前記ガス導出口の圧力が上昇し、その上昇によるダイヤフラムの変位によって副弁体をその副弁座に当接させて閉弁する構成を採用することができる。

この構成において、シリンダ内に弁体を設け、そのシリンダ内にガス導出口の圧力を導入し、ダイヤフラムの変位によって前記弁体を作動させて開閉弁する調整弁機構は、バランス調整弁機構として周知である（下記実施形態参照）。
上記副弁体と上記副弁座との相互の接離面を、外側下向き傾斜のテーパ面とすれば、その副弁の流通面積が広くなって広く流通面積を得ることができる。また、その副弁体の前記接離面となる弁座面を前記副弁座に向かって凸状の円弧面とすれば、ガス流れもその円弧面に沿って円滑となる。

この発明は、以上のように構成したので、主弁が異物の噛み込みによって閉塞不良を起こすと、その主弁を介したガス流通によるガス導出口の圧力上昇によって副弁を閉じ、ガス導出口のガス圧力（出口圧力）が設定圧力を超えることを防止する。
また、主副弁が同一面上に位置させ得るので、ガス流通面積を広くすることができるとともに流通抵抗を低くできて円滑なガス流通を確保できる。

この発明に係る圧力調整器の一実施形態の断面図 図１の要部拡大図 同実施形態の作用図であり、（ａ）は閉弁時、（ｂ）は開弁時（ガス流通時）、（ｃ）は異物が噛み込んだ状態時 （ａ）は図２の要部拡大図、（ｂ）は他例の要部拡大図

図１、図２にこの発明に係る圧力調整器の一実施形態を示し、この圧力調整器は、従来と同様に、弁箱１０とその弁箱１０の上面にボルト止めされたガス圧調整部（ダイヤフラム室）２０とからなる。弁箱１０内はガス導入口１１とガス導出口１２とが仕切壁１３によって区画されている。

ガス圧調整部２０は、従来と同様に、そのダイヤフラム室がダイヤフラム２１によって上下に区画され、そのダイヤフラム２１の上面に調整ばね２２が当てがわれ、この調整ばね２２はばね座２３を介し調整ボルト２４によってその付勢力が調整可能になっている。ダイヤフラム室２０（ダイヤフラム２１の下側）には通気管２５を介してガス導出口１２のガス圧Ｐ_２が導かれている。
ダイヤフラム２１の中心には連動子２６がボルト止めされ、この連動子２６にダイヤフラム下方に延びる弁棒１４の上端が嵌め込まれている。この弁棒１４は、弁箱１０の上壁に設けたガイド１５を気密性をもって上下動自在に貫通し、その下端が上記仕切壁１３の中央の孔１６内に至っている。弁棒１４の下端にはさらに副弁棒１７がねじ込まれており、弁棒１４の下端側面から中央に至り、さらに副弁棒１７の軸心を通って中程で側面に開口する通気路１８が形成されている。

以上の構成は周知であって、上記仕切壁中央孔１６と弁箱１０の底壁との間に、この発明の特徴である調整弁機構３０が設けられている。
その調整弁機構３０は、弁箱底壁に固定された上面開口の有底シリンダ３１と、そのシリンダ３１内にＯリングｏを介して気密に上下方向進退自在に嵌め込まれた筒状主弁体３２と、その主弁体３２内にＯリングｏを介して気密に上下方向進退自在に嵌め込まれた有蓋筒状副弁体３４と、前記主弁体３２と副弁体３４がそれぞれ接離する主弁座３３及び副弁座３５とからなり、主弁体３２と主弁座３３によって主弁（メイン弁）、副弁体３４と副弁座３５によって副弁（ハイカット弁）が構成されている。
その主弁と副弁の弁座３３、３５は仕切壁１３の同一面（下側面）に形成されて、ガス導入口１１からのガスａは、その面（仕切壁１３の下面）を一度横切ってガス導出口１２に至る経路でもって流れるため（図３（ｂ）参照）、流通面積も十分に得ることができるとともに、流通抵抗も低いものとなる。また、副弁が主弁より内側に位置し、一方の弁が閉じれば、ガス導入口からガス導出口への通路は遮断される。

主弁体３２はその頭部と弁箱底壁の間のばね１９によって上方に付勢されて、主弁閉塞（閉止）時、前記頭部の断面三角状部（ノズル）３２ａが仕切壁１３にビス止めされた部材内の主弁座となる弁座シート３３に当接している。
副弁体３４は上記副弁棒１７にその軸方向に移動自在に貫通し、その副弁棒１７の下端にピン止めされたばね受け３７ａと頭部との間のばね３７によって副弁棒１７の突起１７ａに当っており、主弁閉止時（図３（ａ））、その頭部の弁体シート３４ａが副弁座となる断面三角状副弁座（ノズル）３５から離れて、副弁は開いた状態である。図中，４０は調整弁機構３０の周囲を囲んだストレーナである。なお、各ばね１９、２２、３７のばね定数は、下記作用を円滑に行ない得るように実験などによって適宜に設定する。

この実施形態は以上の構成であり、いま、図３（ａ）に示す、主弁閉止状態において、ガス導出口１２に接続されたガス機器が使用されると、ガス導出口１２側のガス圧Ｐ_２が低下し、ダイヤフラム２１の下側ガス圧Ｐ_２も低下し、ばね２２によって、ダイヤフラム２１が下方に撓んで弁棒１４、１７を下降させて、同図（ｂ）に示すように、副弁体３４とともに主弁体３２を押し下げる。このため、ガス導入口１１から主弁体３１と主弁座３３の隙間を通ってガス導出口１２にガスａが流れてガス機器にガスａが供給される。

このガス供給時、使用量に応じてガス導出口１２側のガス圧Ｐ_２が変化すると、その変化に基づきダイヤフラム２１の下降撓み量が変化するため、ガス供給量（ガス圧）は、そのダイヤフラム２１の撓み量（上記主弁体３２と主弁座３３の隙間の大きさ量）に応じたものとされる。また、ガス導出口１２側ガス圧Ｐ_２が副弁棒１７の通気孔１８を介してシリンダ３１内に印加されて弁体３２、３４の上下にかかるガス圧Ｐ_２は同じとなっているため、ガス導入口１１の圧力Ｐ_１が変動しても、弁体３２、３４は上下動せず、ガス導出口１２側の圧力変動は生じない。このようにして、この圧力調整器によって所要圧力のガス（設定圧力のガス）ａがガス機器に供給される。

このガス供給時において、何らかの事情によって、図３（ｃ）に示すように、主弁体３２（断面三角状部３２ａ）と主弁座３３の間に異物ｅが噛み込むと、ガス機器のガス使用が停まっても、主弁は閉じない。このため、主弁体３２と主弁座３３との間を通ってガスａがガス導出口１２側に流れてガス圧Ｐ_２が上昇し、そのガス圧が通気管２５を介してダイヤフラム２１にかかってダイヤフラム２１が上側に撓む。これによって、ばね３７に圧縮力が働いて副弁体３４が上昇して副弁が閉じる。この副弁が閉じることによって、ガス導出口１２側の圧力Ｐ_２が設定値以上となることが防止される。
再度、ガス機器の使用がされると、上記のように、ダイヤフラム２１が下側に撓んで、主弁体３２及び副弁体３４を下降させて開弁する。

この実施形態の副弁では、弁体シート３４ａと副弁座３５との接離面を外側下向き傾斜のテーパ面としたので（図２、図４（ａ）参照）、図４（ｂ）で示す、水平接離面の弁座シート３４ａ’でもって当接する場合に比べて、副弁のバランス面（開閉面）が主弁のバランス面側に寄って、両バランス面の間隔Ｓが小さくなっている（Ｓ_１＜Ｓ_２）。

ここで、上記両バランス面の間隔Ｓ（Ｓ_１、Ｓ_２）≠０である場合、主弁体３２と主弁座３３に上記異物ｅの噛み込み等によって閉塞不良が発生すると、主弁体３２には間隔Ｓ幅の円周面積上側に入口圧力Ｐ_１がかかるため、ガス導入口側圧力Ｐ_１、ばね１９の付勢力とガス導出口側圧力Ｐ_２、ばね２２の付勢力で釣り合う主弁体３２上下にかかる圧力のバランスが、主弁が開く方向（主弁体３２が下降する方向）に崩れる。この現象は、間隔Ｓの幅が大きい程、弁が開く方向に力が作用し、これを解消するには、間隔Ｓの幅が受ける力（受圧面積×（Ｐ_１−Ｐ_２））分だけ余分にばね１９の荷重が必要となる。

このため、この間隔Ｓを小さくし得ることは、ばね１９の荷重を大きくする必要がなく、調整器としての組立性及び性能低下を招くことがないとともに、テーパ面であることから、仕切壁中央孔１６へのガス流れも円滑となって、ガスの流音も抑えられたものとなる。一方、副弁の大きさが同じで、前記両バランス面の間隔Ｓが同じの場合（Ｓ_１＝Ｓ_２）、主弁のノズル径（断面三角状部３２ａの周囲径）を大きく取れることとなるため、その主弁を流れるガス容量も大きくし得る（大容量が確保できる）。

また、そのテーパ状副弁座面（弁体シート３４ａの接離面）がその副弁座３５に向かって凸状の円弧面となっているため（図４（ａ）参照）、がスａもその円弧面に沿って円滑に流れるとともに、副弁座３５にその円弧状面が接離して弁開閉がなされ、その接離は周囲線接触から同面接触又は逆作用によって行なわれて、その弁開閉作用も確実である。副弁座３５のテーパ面角度は弁棒１７の軸方向に対して４５度とした。弁体シート３４ａの円弧状接離面は、副弁座側がノズル構造（３４ａ参照）において、そのノズル先端が接離する場合でも採用し得る。

なお、上記実施形態において、主弁と副弁の構造は、図４（ｂ）の態様等としても、この発明の作用効果を得ることができることは勿論である。その図４（ｂ）においては、上記実施形態の主弁座３３がノズル３３’形状、同断面三角状部３２ａがシート３２ａ’、同副弁体３４とその弁座３５がシート３４ａ’とノズル３５’状とそれぞれなっている。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１１ ガス導入口
１２ ガス導出口
１４、１７ 弁棒
２０ ガス圧調整部（ダイヤフラム室）
２１ ダイヤフラム
３０ 調整弁機構
３１ シリンダ
３２ 主弁体
３２ａ 主弁体頭部の三角状部
３３ 主弁座
３４ 副弁体
３４ａ 副弁体の弁体シート
３５ 副弁座

Claims (3)

1. ガス導入口（１１）から調整弁機構（３０）を経てガス導出口（１２）に通じ、前記ガス導出口（１２）とダイヤフラム室（２０）とを連通させて、ガス導出口（１２）の圧力変動をダイヤフラム室（２０）に導き、ダイヤフラム（２１）の変位により前記調整弁機構（３０）を作動させる圧力調整器において、
   上記調整弁機構（３０）が、上記ガス導出口（１２）の圧力（Ｐ_２）が導入されたシリンダ（３１）と、そのシリンダ（３１）内に気密に進退自在に嵌め込まれた筒状主弁体（３２）と、その主弁体（３２）内に気密に進退自在に嵌め込まれた有蓋筒状副弁体（３４）と、前記主弁体（３２）と副弁体（３４）がそれぞれ接離する主弁座（３３）及び副弁座（３５）とからなり、
   上記主弁体（３２）と主弁座（３３）との間に異物（ｅ）が介在して前記主弁体（３２）が閉じることができずに、その主弁体（３２）と主弁座（３３）の間を通ってガス導入口（１１）からのガス（ａ）がガス導出口（１２）側に流れると、その流通によって上記ガス導出口（１２）の圧力（Ｐ_２）が上昇し、その上昇による上記ダイヤフラム（２１）の変位によって副弁体（３４）をその副弁座（３５）に当接させて閉弁することを特徴とする圧力調整器。
2. 上記副弁体（３４）と上記副弁座（３５）との相互の接離面を、外側下向き傾斜のテーパ面としたことを特徴とする請求項１に記載の圧力調整器。
3. 上記副弁体（３４）の上記接離面となる弁座面（３４ａ）をその副弁座（３５）に向かって凸状の円弧面としたことを特徴とする請求項２に記載の圧力調整器。

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