JP6343133B2

JP6343133B2 - ガバナー

Info

Publication number: JP6343133B2
Application number: JP2013188788A
Authority: JP
Inventors: 山田　泰弘; 泰弘山田; 裕一藤原; 優種延; 裕之奥泉; 小野澤　誠; 誠小野澤; 藤井　秀治; 秀治藤井; 尚孝小山
Original assignee: Nippon Gas Co Ltd
Current assignee: Nippon Gas Co Ltd
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2018-06-13
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP2015056012A

Description

本発明は、直動式ガバナー（調圧器）に関する。

都市ガス等のガスを供給する供給路上には、上流側のガスの一次圧を減圧して、一次圧よりも低い二次圧を下流側に供給するガバナーが配設されている。そうしたガバナーの一例として、特許文献１には、二次圧を検出して、弁体を作動させる、直動式ガバナーが記載されている。

図１１は、直動式ガバナー２００の一般的な構成を示した断面図である。ガバナー２００の弁箱１０１内には、上流側（一次圧側）の供給路１０２から、下流側（二次圧側）の供給路１０３に流れるガスの流量を調整する弁体１０７が配設されている。また、ダイヤフラムケース１０４内には、第１の室１１４と第２の室１１５とを区画するダイヤフラム１０５が配設されている。ダイヤフラム１０５は、連動子１１１、レバー１１０、及び弁棒１０９を介して、弁体１０７に連結している。第１の室１１４は、連通孔１１３を介して、弁体１０７の二次圧側の供給路１０３に連通しており、圧力感知室を構成している。一方、第２の室１１５は、弁体１０７を開弁方向に付勢するバネ１１２を備え、開口部１１６を通じて、大気に連通しており、開放室を構成している。

下流側の二次圧Ｐ_２が上昇すると、連通孔１１３を介して、第１の室（圧力感知室）１１４の圧力が上昇し、これにより、ダイヤフラム１０５は、バネ１１２の付勢力に抗して、第２の室（開放室）１１５側に変位する。それに伴い、ダイヤフラム５に連結された弁体１０７が、閉弁方向に移動することによって、供給路を流れるガスの流量が制限される。なお、弁体１０７が、弁座１０８に当接したとき、ガスの供給は遮断される。一方、二次圧Ｐ_２が低下すると、連通孔１１３を介して、第１の室１１４の圧力が低下し、これにより、ダイヤフラム１０５は、バネ１１２の付勢力によって、第１の室１１４側に変位する。それに伴い、弁体１０７が開弁方向に移動することによって、供給路を流れるガスの流量が増加する。このような動作により、下流側の二次圧Ｐ_２が、所定の大きさに維持される。

特開平９−２６５３２３号公報

直動式ガバナーは、二次圧Ｐ_２の変化を連通孔１１３を介して、第１の室（圧力感知室）１１４で検出し、これに基づいて、弁体１０７を作動させて二次圧Ｐ_２を制御するが、通常は、一次圧側の供給圧力や、二次圧側の負荷条件に合った最適なガバナーが選定される。

図１２は、一次圧側の供給圧力（一次圧）Ｐ_１を広範囲（０．３〜０．９ＭＰａ）に変えたときの、供給路を流れるガスの流量に対する二次圧Ｐ_２の変化を示したグラフである。ここで、図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示す曲線は、一次圧Ｐ_１が、それぞれ０．３ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．７ＭＰａ、０．９ＭＰａのときの二次圧Ｐ_２の変化を示したグラフである。

図１２に示すように、一次圧側の供給圧力（一次圧）Ｐ_１が大きく変わったり、二次圧側の負荷条件（例えば、燃焼器の増設）が大きく変わったりした場合、広範囲な一次圧Ｐ_１、及び流量に亘って、二次圧Ｐ_２を所定の大きさに維持することは難しい。なお、一次圧Ｐ_１が高い場合（０．７ＭＰａ、０．９ＭＰａ）に、流量が増加していくと二次圧Ｐ_２が吊り上がる現象は、ベンチュリ効果によるものである。

このように、直動式ガバナーは、圧力調整範囲が狭く、一次圧側の供給圧力（一次圧）Ｐ_１が大きく変わったり、二次圧側の負荷条件が大きく変わったりした場合、現場での圧力調整だけでは対応できず、ガバナーの入れ替えや、ガバナーを分解して、ノズルを交換する必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その主な目的は、一次圧側の供給圧力が大きく変わったり、二次圧側の負荷条件が大きく変わったりした場合でも、現場で圧力調整をすることが可能なガバナーを提供することにある。

すなわち、本発明に係るガバナーは、ガスの供給路上に配設され、上流側のガスの一次圧を減圧して、一次圧よりも低い二次圧を下流側に供給するガバナーであって、供給路を流れるガスの流量を調整する弁体と、弁体に連結され、第１の室と第２の室とを区画するダイヤフラムとを有し、第１の室は、第１の連通孔を介して、弁体の二次圧側の供給路に連通しており、第２の室は、弁体を開弁方向に付勢するバネを備え、第１の連通孔は、上流側のガスの一次圧の変動に合わせて、第１の連通孔の流路面積を調整できる調整機構を有し、第１の室は、第２の連通孔を介して、弁体の二次圧側の供給路に連通しており、第２の連通孔は、第１の連通孔よりも弁体側であって、かつ、ベンチュリ効果を受ける前の弁体近傍に配置されている。

ある好適な実施形態において、第２の連通孔の径は、第１の連通孔の径よりも小さいことが好ましい。

ある好適な実施形態において、第１の室は、第２の連通孔を介して、弁体の二次圧側の供給路に連通しており、第２の連通孔は、第１の連通孔よりも前記弁体側に配置されている。このとき、第２の連通孔の径は、第１の連通孔の径よりも小さいことが好ましい。

ある好適な実施形態において、第２の室は、大気に連通する開口部を有しており、開口部は、開口部の開口面積を可変できる可変機構を有している。

本発明によれば、ダイヤフラムの圧力感知室に連通する連通孔に設けた調整機構によって、連通孔の流路面積を調整できるため、一次圧側の供給圧力が大きく変わったり、二次圧側の負荷条件が大きく変わったりした場合でも、二次圧Ｐ_２が、所定の大きさに維持されるよう、現場で、圧力調整を行うことができる。

本発明の一実施形態におけるガバナーの構成を示した断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における調整機構の構成を示した断面図である。本発明の一実施形態における調整機構を設けたときの二次圧Ｐ_２の流量特性を示したグラフである。（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における調整機構の他の構成を示した断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態における調整機構の他の構成を示した断面図である。二次圧Ｐ_２の流量特性の吊り上がり現象を示したグラフである。本発明の他の実施形態におけるガバナーの構成を示した部分断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における第２の連通孔を設けたときの二次圧Ｐ_２の流量特性を示したグラフである。本発明の他の実施形態におけるガバナーの構成を示した部分断面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明の他の実施形態における開口部の開口面積を可変できる可変機構の構成を示した図である。従来の直動式ガバナーの一般的な構成を示した断面図である。従来の二次圧Ｐ_２の流量特性を示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態におけるガバナー１００の構成を示した断面図である。図１に示すように、ガバナー１００の弁箱１内には、上流側（一次圧側）の供給路２から、下流側（二次圧側）の供給路３に流れるガスの流量を調整する弁体７が配設されている。また、ダイヤフラムケース４内には、第１の室（圧力感知室）１４と第２の室（開放室）１５とを区画するダイヤフラム５が配設されている。ダイヤフラム５は、連動子１１、レバー１０、及び弁棒９を介して、弁体７に連結している。第１の室（圧力感知室）１４は、第１の連通孔１３を介して、弁体７の二次圧側の供給路３に連通している。一方、第２の室（開放室）１５は、弁体７を開弁方向に付勢するバネ１２を備え、開口部１６を通じて、大気に連通している。

下流側の二次圧Ｐ_２が上昇すると、第１の連通孔１３を介して、第１の室１４の圧力が上昇し、これにより、ダイヤフラム５は、バネ１２の付勢力に抗して、第２の室１５側に変位する。それに伴い、ダイヤフラム５に連結された弁体７が閉弁方向に移動することによって、供給路を流れるガスの流量が制限される。なお、弁体７が、弁座８に当接したとき、ガスの供給は遮断される。一方、二次圧Ｐ_２が低下すると、第１の連通孔１３を介して、第１の室１４の圧力が低下し、これにより、ダイヤフラム５は、バネ１２の付勢力によって、第１の室１４側に変位する。それに伴い、弁体７が開弁方向に移動することによって、供給路を流れるガスの流量が増加する。このような動作により、二次圧Ｐ_２が、所定の大きさに維持される。

以上の構成は、従来のガバナーの構成と同じであるが、本発明は、第１の連通孔１３に、第１の連通孔１３の流路面積を調整できる調整機構２０を設けた構成を採用する。なお、調整機構２０は、第１の連通孔１３の管抵抗を変える機能を有すればよく、ダイヤフラム５の第１の室（圧力感知室）１４に至るまでの第１の連通孔１３の経路において、どの位置に配設してもよい。

図２（ａ）、（ｂ）は、調整機構２０の具体的な構成を示した断面図である。図２（ａ）に示すように、ダイヤフラムケース４の側壁において、第１の連通孔１３の経路の一部をなす部位に、第１の連通孔１３の流路面積を調整できる調整機構２０が取り付けられている。ここで、調整機構２０は、弁座２１、弁体２２、及び弁体２２に連結した弁軸２４で構成されている。そして、弁軸２４は、ダイヤフラムケース４の側壁に形成された開口部に取り付けられた支持部２３によって、軸方向に移動可能に支持されている。

図２（ａ）は、第１の連通孔１３の流路面積が最大になった状態、すなわち、調整機構２０が全開の状態を示す。このとき、弁体２２は、弁軸２４が後退することによって、弁座２１から離れ、弁体２２と弁座２１との間に、ガスの流路が形成される。これにより、第１の連通孔１３の流路面積が拡大することによって、第１の連通孔１３の管抵抗を小さくすることができる。

図２（ｂ）は、第１の連通孔１３の流路面積が最小になった状態、すなわち、調整機構２０が全閉の状態を示す。このとき、弁体２２は、弁軸２４が前進することによって、弁座２１に当接し、弁体２２と弁座２１との間のガスの流路は閉鎖される。これにより、第１の連通孔１３の流路面積が減少することによって、第１の連通孔１３の管抵抗を大きくすることができる。

このように、第１の連通孔１３に、第１の連通孔１３の流路面積を調整できる調整機構２０を設けることによって、第１の連通孔１３の管抵抗を変化させることができる。これにより、一次圧側の供給圧力が大きく変化したり、二次圧側の負荷条件が大きく変化したりした場合でも、調整機構２０で、第１の連通孔１３の流路面積を調整することによって、二次圧Ｐ_２が、所定の大きさに維持されるよう、現場で圧力調整を行うことができる。

なお、上記調整機構２０において、第１の連通孔１３の流路面積を調整する際、移動させた弁体２２の位置がずれないように、弁体２２の位置を固定するロック機構を設けておいてもよい。

図３は、図１２に示した二次圧Ｐ_２の流量特性を有するガバナーに対して、図１に示すように、第１の連通孔１３の流路面積を調整できる調整機構２０を設けたときの、二次圧Ｐ_２の流量特性を示したグラフである。ここで、図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）で示した曲線は、一次圧Ｐ_１が、それぞれ０．３ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．７ＭＰａ、０．９ＭＰａのときの二次圧Ｐ_２の変化を示したグラフである。一次圧Ｐ_１の変動に合わせて、第１の連通孔１３の流路面積を調整することによって、広範囲な一次圧Ｐ_１、及び流量に亘って、二次圧Ｐ_２を所定の大きさに維持することができる。

本発明において、第１の連通孔１３の流路面積を調整できる調整機構２０の構成は、特に限定されない。図４及び図５は、調整機構２０の他の構成を示した断面図である。

図４（ａ）、（ｂ）に示す調整機構２０は、弁体３０、及び弁体３０に連結したハンドル３１で構成されている。弁体３０には、筒状の開口部３２が形成されており、弁体３０及びハンドル３１は、ダイヤフラムケース４の側壁に取り付けられた支持部３３によって、回転可能に支持されている。

図４（ａ）は、筒状の開口部３２が、第１の連通孔１３の経路に対して直角の方向になった状態、すなわち、調整機構２０が全閉の状態を示す。また、図４（ｂ）は、ハンドル３１を９０度回転させて、筒状の開口部３２が、第１の連通孔１３の経路に対して平行になった状態、すなわち、調整機構２０が全開の状態を示す。このように、ハンドル３１を回転させることによって、第１の連通孔１３の流路面積を調整することができる。

図５（ａ）、（ｂ）に示す調整機構２０は、弁体４０、及び弁体４０に連結した弁棒４１で構成されている。弁棒４１は、ダイヤフラムケース４の側壁に取り付けられた支持部４２によって、軸方向に移動可能に支持されている。

図５（ａ）は、弁棒４１を後退させて、弁体４０の先端部を、第１の連通孔１３の経路を形成する内壁から離した状態、すなわち、調整機構２０が全開の状態を示す。また、図５（ｂ）は、弁棒４１を前進させて、弁体４０の先端部を、第１の連通孔１３の経路を形成する内壁に当接させた状態、すなわち、調整機構２０が全閉の状態を示す。このように、弁棒４１を、前進または後退させることによって、第１の連通孔１３の流路面積を調整することができる。

ところで、直動式ガバナーにおいては、下流側（二次圧側）に接続された燃料器の圧力を正確に制御するために、ダイヤフラムの圧力感知室に連通する連通孔は、できるだけ燃料器側に近い位置、すなわち、ガバナーの二次圧側の供給路の出口近傍に設けられている。

しかしながら、ガスの流量が増加して、ガスの流速が大きくななると、ベンチュリ効果により、ガバナーの二次圧側の供給路の圧力が低下する。これにより、連通孔を介してダイヤフラムの圧力感知室の圧力も低下し、その結果、弁体の開度が必要以上に大きくなるため、図６に示すように、二次圧Ｐ_２が吊り上がる現象を示す。このような現象は、第１の連通孔１３の流路面積を調整しただけでは、十分に改善できない場合がある。

図７は、本発明の他の実施形態におけるガバナー１００の構成を示した部分断面図である。図７に示すように、ダイヤフラム５の第１の室（圧力感知室）１４は、第１の連通孔１３とは別に、第２の連通孔１７を介して、弁体７の二次圧側の供給路３に連通している。そして、第２の連通孔１７は、第１の連通孔１３よりも弁体７側に配置されている、
第２の連通孔１７は、弁体７に対して、ベンチュリ効果を受ける前の位置に設けられているため、図７に示すように、第２の連通孔１７近傍の二次圧Ｐｂは、第１の連通孔１３近傍の二次圧Ｐａよりも大きい。そのため、第１の連通孔１３近傍の二次圧Ｐａが低下しても、第２の連通孔１７を介して、ダイヤフラム５の第１の室（圧力感知室）１４の圧力が低下するのを抑制することができるため、弁体７が必要以上に開弁するのを抑制することができる。その結果、図８（ａ）に示すように、ガスの流量が増加したときでも、二次圧Ｐ_２の吊り上がり現象を抑制することができる。さらに、第１の連通孔１３の流路面積を調整することによって、図８（ｂ）に示すように、二次圧Ｐ_２の吊り上がり現象をさらに抑制することができる。

ここで、第２の連通孔１７は、ベンチュリ効果により低下した第１の連通孔１３近傍の二次圧Ｐａよりも大きな圧力Ｐｂを、ダイヤフラム５の圧力感知室１４に導入する機能を有すればよいため、第１の連通孔１３に較べて、応答性はそれほど要求されない。従って、第２の連通孔１７の径は、第１の連通孔１３の径よりも小さくてよい。そのため、比較的小さなスペースに、第２の連通孔１７を配設することができる。勿論、要求される仕様により、第２の連通孔１７の径は、第１の連通孔１３の径と同じ、あるいは、第１の連通孔１３の径よりも大きくても構わない。

ところで、直動式ガバナーは、二次圧Ｐ_２の変化を第１の連通孔１３（及び、第２の連通孔１７）を介して、ダイヤフラム５の圧力感知室１４で検出し、これに基づいて、弁体７を作動させて二次圧Ｐ_２を、所定の大きさに維持するが、ガバナーの二次圧側の負荷条件が急激に変化した場合、二次圧Ｐ_２も過渡的に変動する。特に、ガバナーに接続された燃焼器の弁を開けた瞬間、あるいは、閉じた瞬間は、流量が急激に変化する。そのため、ガバナーの応答性が悪く、二次圧Ｐ_２の過渡的な変動が、燃焼器で設定された許容値を超えてしまうと、燃焼器に何らかの支障が生じるおそれがある。一方、ガバナーの応答性が良すぎると、過度に応答して、二次圧Ｐ_２が異常振動（バイブレーション）を起こすおそれがある。

本発明における第１の連通孔１３の流路面積を調整する調整機構２０は、ガバナーの応答性も調整することができるが、これだけで、二次圧Ｐ_２の過渡的な変動を十分に抑制できない場合もある。

図９は、本発明の他の実施形態におけるガバナー１００の構成を示した部分断面図である。本実施形態は、ダイヤフラム５の第２の室（開放室）１５に、ガバナーの応答性を調整する手段を設けたもので、大気に連通する開口部１６に、開口部１６の開口面積を可変できる可変機構を備えた構成からなる。

図９に示すように、ダイヤフラム５の第２の室（開放室）１５を区画するダイヤフラムケース６の開放側に、筒状のカバー１８が取り付けられている。また、筒状のキャップ１９が、カバー１８を覆うように、カバー１８に対して回転可能に取り付けられている。カバー１８の側面には、大気に連通する開口部１６が形成されており、キャップ１９には、カバー１８の内側面に当接しない凹部１９ａが形成されている。

図１０（ａ）は、キャップ１９の凹部１９ａが、カバー１８の開口部１６と重なった状態を示す。このとき、図９の矢印で示すように、ダイヤフラム５の第２の室（開放室）１５は、開口部１６、及びカバー１８とキャップ１９との隙間を介して、大気に連通している。また、図１０（ｂ）は、キャップ１９を矢印の方向に回転させて、キャップ１９の凹部１９ａが、カバー１８の開口部１６の一部と重なった状態を示す。このとき、開口部１６の一部は、キャップ１９の内側面によって閉鎖されるため、開口部１６の開口面積が減少している。このように、キャップ１９を回転させることによって、開口部１６の開口面積を可変することができる。

第１の連通孔１３に連通した第１の室（圧力感知室）１５の圧力が変動することによって、ダイヤフラム５は、第２の室（開放室）１５側、あるいは、第１の室（圧力感知室）１５側に変位する。このとき、第２の室（開放室）１５内の空気は、開口部１６を介して、外部に流出、または外部から流入する。すなわち、開口部１６の開口面積を可変することによって、ダイヤフラム５の変位、すなわち、二次圧Ｐ_２の圧力変化に対する応答性を調整することができる。

従って、第１の連通孔１３の流路面積を調整する調整機構２０によって、二次圧Ｐ_２の過渡的な変動を十分に抑制できない場合には、ダイヤフラム５の第２の室（開放室）１５に設けた開口部１６の開口面積を可変できる可変機構をさらに用いて、二次圧Ｐ_２の過渡的な変動を抑制することができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

１弁箱
２上流側（一次圧側）の供給路
３下流側（二次圧側）の供給路
４、６ダイヤフラムケース
５ダイヤフラム
７弁体
８弁座
９弁棒
１０レバー
１１連動子
１２バネ
１３第１の連通孔
１４第１の室（圧力感知室）
１５第２の室（開放室）
１６開口部
１７第２の連通孔
１８カバー
１９キャップ
１９ａ凹部
２０調整機構
２１弁座
２２弁体
２３支持部
２４弁軸
３０弁体
３１ハンドル
３２開口部
３３支持部
４０弁体
４１弁棒
４２支持部
１００ガバナー

Claims

ガスの供給路上に配設され、上流側のガスの一次圧を減圧して、一次圧よりも低い二次圧を下流側に供給するガバナーであって、
前記供給路を流れるガスの流量を調整する弁体と、
前記弁体に連結され、第１の室と第２の室とを区画するダイヤフラムと
を有し、
前記第１の室は、第１の連通孔を介して、前記弁体の二次圧側の供給路に連通しており、
前記第２の室は、前記弁体を開弁方向に付勢するバネを備え、
前記第１の連通孔は、上流側のガスの一次圧の変動に合わせて、前記第１の連通孔の流路面積を調整できる調整機構を有し、
前記第１の室は、第２の連通孔を介して、前記弁体の二次圧側の供給路に連通しており、
前記第２の連通孔は、前記第１の連通孔よりも前記弁体側であって、かつ、ベンチュリ効果を受ける前の前記弁体近傍に配置されている、ガバナー。
前記第２の連通孔の径は、前記第１の連通孔の径よりも小さい、請求項１に記載のガバナー。
前記第２の室は、大気に連通する開口部を有しており、
前記開口部は、該開口部の開口面積を可変できる可変機構を有している、請求項１または２に記載のガバナー。