JP6763075B1 - 減圧弁 - Google Patents

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Abstract

【課題】 配管内の流量に応じた減圧効果を有する減圧弁を提供する。【解決手段】 本発明の一態様に係る減圧弁は、流体が流れる第1流路と、第2流路と、を有する本体と、前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる弁体と、前記弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、を備え、前記弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有し、前記受圧面に作用する前記動圧の増加に応じて前記流路面積が前記付勢部材の付勢力に抗して拡大する。【選択図】 図2

Description

本発明は、減圧弁に関する。
流量が減少すると減圧効果が高くなり、流量が増加すると減圧効果が低くなる減圧弁が必要となる場合がある。例えば、高所に設置したタンクから低所にある建物内に向けて送液する配管内を流体が流れる際には、配管内の摩擦損失やバルブ等による圧力損失が発生する。流量が多い時を基準に供給元(ポンプ車等)の圧力を設定し、流量を変化させながら送液する場合、流量が多い時には問題とならないが、流量が低下した際には圧力損失が小さくなるため、配管内の圧力が配管の許容圧力を超えてしまうという問題がある。
特開平10−149223号公報
本発明の目的の一つは、配管内の流量に応じた減圧効果を発揮する減圧弁を提供することである。
本発明の一態様に係る減圧弁は、流体が流れる第1流路と、第2流路と、を有する本体と、前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる弁体と、前記弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、を備えている。前記弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有している。前記受圧面に作用する前記動圧の増加に応じて前記流路面積が前記付勢部材の付勢力に抗して拡大する。
前記減圧弁は、前記本体の一端に設けられ、前記第1流路を配管に接続するための第1接続具と、前記本体の他端に設けられ、前記第2流路を他の配管に接続するための第2接続具と、をさらに有してもよい。
前記本体は、前記受圧面の周縁部と向かい合う対向面を内部に有し、前記付勢部材は、前記受圧面が前記対向面に近づく方向に向けて前記弁体を付勢し、前記受圧面に作用する前記動圧が増加すると前記弁体が前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向に押されて前記受圧面と前記対向面の間の距離が増加し、これにより前記流路面積が拡大してもよい。
前記弁部は、前記本体の内部に配置された弁箱と、前記流れ方向に沿って前記弁箱内を移動可能なベースと、前記弁体と前記ベースを接続する接続部材と、をさらに有してもよい。この場合において、前記付勢部材は、前記弁箱と前記ベースで形成される弁室に収容され、前記ベースを前記流れ方向の反対方向に向けて付勢してもよい。
前記減圧弁は、前記第1流路と前記弁室を接続する導圧管をさらに有してもよい。
前記弁体は、板状であってもよい。前記弁部は、前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向と直交する軸を中心に前記弁体を回動可能に支持する軸部を有してもよい。
前記付勢部材は、前記受圧面が前記流れ方向に対し垂直に近づく方向に向けて前記弁体が回動するように前記弁体を付勢してもよい。この場合において、前記受圧面に作用する前記動圧が増加すると前記弁体が前記流れ方向に対し平行に近づく方向に回動して前記弁体と前記本体の内壁の間の隙間が増加し、これにより前記流路面積が拡大してもよい。
本発明によれば、配管内の流量に応じた減圧効果を発揮する減圧弁を提供することができる。
図1は、第1実施形態に係る減圧弁の設置状況を示す概略図である。 図2は、第1実施形態に係る減圧弁の概略的な断面図である。 図3は、第1実施形態に係る減圧弁の弁部の概略的な分解斜視図である。 図4は、第1実施形態に係る減圧弁内の調整弁の動きを示す模式図である。 図5は、第2実施形態に係る減圧弁の概略的な部分断面図である。 図6は、図5のA−A線に沿う矢視断面図である。 図7は、第2実施形態に係る減圧弁内の調整弁の動きを示す模式図である。
本発明のいくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
各実施形態においては、減圧弁の一例として、真水や海水などの液体が流れる流路に設けられる減圧弁を開示する。ただし、本実施形態に係る減圧弁と同様の構造は、ガスなどの気体や液体と気体が混ざりあった混相流が流れる流路に設けられる減圧弁にも適用することができる。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る減圧弁100の設置状況を示す概略図である。減圧弁100は、本体1と、第1接続具2Aと、第2接続具2Bと、後述する弁部3と、導圧管4と、を備えている。減圧弁100の各部は、例えば金属材料で形成されることができる。ただし、減圧弁100は、樹脂などの非金属材料で形成された部材を含んでもよい。
減圧弁100は、可撓性を有するホース201A,201Bを接続するために使用することができる。ホース201A,201Bは、それぞれ端部に接続具202A,202Bを有している。第1接続具2Aは、減圧弁100の一次側(入口側)配管であるホース201Aが有する接続具202Aと接続されている。第2接続具2Bは、減圧弁100の二次側(出口側)配管であるホース201Bが有する接続具202Bと接続されている。図1に図示した矢印は、流体の流れ方向を示している。
本実施形態において、減圧弁100は、ホース201Aとホース201Bを接続するための媒介金具である。減圧弁100は、他種のホース敷設ラインなどに用いられる媒介金具として使用することも可能である。また、媒介金具としてホース間だけでなく、ホースと他の機器類との間にも使用することができる。
図2は、第1実施形態に係る減圧弁100の概略的な断面図である。図3は、第1実施形態に係る減圧弁100の弁部3の概略的な分解斜視図である。減圧弁100は、上述の本体1、第1接続具2A、第2接続具2Bおよび導圧管4に加え、弁部3を備えている。
本体1は、筒体11と、第1取付部12Aと、第2取付部12Bと、を有している。筒体11は、軸AXに沿って延びる円筒形状である。ただし、本体1の形状は、円筒形状に限られない。本体1は、内部に流体が流れる流路Fを有している。本体1は、内部に後述する受圧面37aの周縁部と向かい合う対向面13を有している。対向面13は、筒体11の内壁から延びる、軸AXと直交する面である。図2の例において、対向面13は、第1取付部12Aの内面の一部である。対向面13には、軸AX周りに第1流路F1と同径の流路が形成されている。
ここで、軸AXに沿いかつ第1取付部12Aから第2取付部12Bに向かう方向を軸方向X、軸方向Xと反対方向を軸方向Y、軸AXを中心として軸AXから遠ざかる方向を半径方向Rと定義する。図2に図示した矢印は、流体の流れ方向を示しており、軸方向Xと一致している。
第1取付部12Aは、筒体11の一次側(入口側)端部に設けられている。第2取付部12Bは、筒体11の二次側(出口側)端部に設けられている。筒体11、第1取付部12A、及び第2取付部12Bは、一体物であっても、別部材からなる集合体であってもよい。図示した例においては、筒体11の外径が、第1取付部12A及び第2取付部12Bの外径よりも大きいが、筒体11の外径と第1取付部12A及び第2取付部12Bの外径は等しくてもよい。
第1接続具2Aは、第1取付部12Aに設けられている。第2接続具2Bは、第2取付部12Bに設けられている。第1接続具2A、第2接続具2Bには、様々な形状を適用できる。例えば、第1接続具2Aと図1に示した接続具202Aは、雌雄の区別のない同一構造を有してもよいし、反対に雌雄の区別のある構造を有してもよい。第2接続具2Bと図1に示した接続具202Bについても、同様である。
弁部3は、弁箱31と、調整弁32と、付勢部材E1と、を有している。弁部3は、本体1の内部であって、筒体11の中央付近に配置されている。弁部3の本体1における配置は、筒体11の中央付近以外であってもよい。
弁箱31は、円筒部33と、円底部34と、円柱部35と、を有している。円筒部33の外径は、筒体11の内径よりも小さい。円筒部33の軸方向Xにおける長さは、筒体11の軸方向Xにおける長さよりも短い。
円筒部33は、内部に軸AXに向かって突出する円環状の突出部33aを有している。円底部34は、円筒部33の第2接続具2B側の端部を閉塞している。円底部34は、第1接続具2A側に面34aを有している。円柱部35は、円底部34の面34aより軸AXに沿って第1接続具2Aに向かって突出する円柱である。円筒部33、円底部34、及び円柱部35は、一体物であってもよい。円筒部33、円底部34、及び円柱部35の各中心軸は、軸AX上にある。
弁箱31は、筒体11の内壁から軸AXに向かって延びる棒状のシャフト14が円筒部33の外周面と接続されることで、筒体11の内部に支持されている。シャフト14は、円筒部33の第2接続具2B側の端部と接続されている。シャフト14が円筒部33に接続される位置は、円筒部33の第2接続具2B側の端部以外であってもよい。
例えば、シャフト14は、軸AXを中心とした円周方向において等間隔で配置された4本の棒状部材であり、筒体11の内壁及び弁箱31と溶接されている。シャフト14の本数は、3本以下であってもよいし、5本以上であってもよい。シャフト14によって、流路Fが閉塞されることはない。
調整弁32は、ベース36と、弁体37と、接続部材38と、を有している。調整弁32の中心軸は、軸AX上に位置している。ベース36は、円柱形状であって、第1接続具2A側の面36aと、面36aと反対側の面36bと、開口部36cと、を有している。開口部36cは、ベース36の中心部にあって、ベース36を面36aから面36bに向かって貫通している。
ベース36の外径は、円筒部33の内径よりも小さい。開口部36cの直径は、円柱部35の直径よりも大きい。ベース36は、弁箱31の内部に配置されている。ベース36は、軸方向X,Yにおいて円筒部33の内部を移動可能である。言い換えると、ベース36は、軸AXに沿って移動可能に弁箱31内に配置されている。また、突出部33aの内径は、ベース36の外径よりも小さい。つまり、ベース36は、面36bが突出部33aに接触するので、ベース36の軸方向Xにおける移動は、突出部33aによって制限されている。他の方法によりベース36の軸方向Xにおける移動を制限する場合には、突出部33aを設置しなくともよい。例えば、弁体37の外径を円筒部33の外径よりも大きくすることで、面37bを円筒部33の第1接続具2A側端部に接触するようにし、調整弁32の軸方向Xにおける移動を制限してもよい。一方、軸方向Yにおける移動は、対向面13によって制限されている。
弁体37は、円板形状である。弁体37は、受圧面37aと、受圧面37aと反対側の面37bと、連通部O1と、を有している。受圧面37aの周縁部と対向面13は、向かい合っている。本体1内の流路Fは、弁体37によって隔てられており、弁体37よりも一次側(入口側)の流路Fを第1流路F1とする。本体1内の流路Fのうち、弁体37よりも二次側(出口側)の流路Fを第2流路F2とする。
連通部O1は、受圧面37aの中心部に位置する孔である。連通部O1は、受圧面37aの中心部以外に位置してもよいし、複数の孔から形成されていてもよい。連通部O1は必ずしも孔である必要はなく、弁体37に設けられた切り欠きや受圧面37aと対向面13の間の隙間であってもよい。流路Fは、弁体37によって閉塞されることはない。受圧面37aの周縁部が対向面13に接触している場合であっても、連通部O1を通じて第1流路F1と第2流路F2が連通している。
弁体37は、ベース36と棒状の接続部材38により接続されている。接続部材38は、面36aと面37bに接続されている。例えば、接続部材38は、軸AXを中心とした円周方向において等間隔で配置された4本の棒状部材であり、面36aと面37bに溶接されている。接続部材38の本数は、3本以下であってもよいし、5本以上であってもよい。
弁体37は、ベース36と接続部材38により接続されているため、弁体37の動きとベース36の動きは、連動している。ベース36の動きが、調整弁32の動きである。
弁箱31の内部には、円筒部33の内壁、面34a、及び面36bによって弁室3Aが形成される。付勢部材E1は、弁室3Aに収容されている。付勢部材E1は、例えば、コイルばねである。コイルばねの内径は、円柱部35の直径よりも大きい。付勢部材E1は、円柱部35に通すよう配置されている。付勢部材E1は、ベース36の面36bを軸方向Yに向けて付勢している。流体が送液されていない場合、付勢部材E1の付勢力によって、受圧面37aの周縁部が対向面13と接触している。
本実施形態において、本体1、弁箱31、及び調整弁32は、軸AX上に位置している。弁箱31と調整弁32の軸は一致するが、弁箱31と調整弁32の軸は、軸AXと一致しなくてもよい。
導圧管4は、管部41と、管部42と、管部43と、を有する。管部41は、第1取付部12Aの外周面にある孔部41aから半径方向Rに向かって突出している。管部42は、弁室3Aの外周面にある孔部42aから半径方向Rに向かって突出しており、筒体11の外周面にある孔部42bを通過している。管部43は、筒体11の外周面に沿って軸方向Xと平行に延び、筒体11管部41と管部42を接続している。導圧管4は、各管部(41,42,43)によって構成されるが、鋼管等を折り曲げることで製作されてもよい。
第1流路F1と弁室3Aは、導圧管4を介して接続されている。流体が送液されている場合、第1流路F1内の流体が、導圧管4を介して弁室3Aに流れこんでいるため、第1流路F1の静圧と弁室3Aの静圧が等しくなる。ここで、静圧とは、配管内の流体が持つ圧力のことである。
減圧弁100に流体が満たされている状況における調整弁32へ軸方向X,Yから作用する静圧を考える。調整弁32には、第1流路F1の流体の静圧と第2流路F2の流体の静圧が、それぞれ作用している。第1流路F1の流体の静圧は、軸方向Xからは受圧面37aに作用している。また、導圧管4を介して第1流路F1と弁室3Aが接続されている。そのため、第1流路F1の流体の静圧は、軸方向Yからはベース36の面36bに作用している。よって、第1流路F1の流体の静圧は、調整弁32に対して双方向から作用しており、その静圧の影響は互いに打ち消されるので、第1流路F1の流体の静圧の影響は、調整弁32の移動に関してほとんどない。
同様に、第2流路F2の流体の静圧は、軸方向Xからはベース36の面36aに作用している。また、第2流路F2の流体の静圧は、軸方向Yからは面37bに作用している。よって、第2流路F2の流体の静圧は、調整弁32に対して双方向から作用しており、その静圧の影響は互いに打ち消されるので、第2流路F2の流体の静圧の影響は、調整弁32の移動に関してほとんどない。
したがって、調整弁32は、主に受圧面37aに作用する第1流路F1の流体の動圧の影響で軸方向Xに移動する。
図4は、第1実施形態に係る減圧弁100内の調整弁32の動きを示す模式図である。図4(a)(b)(c)は、減圧弁100を流れる流体の流量が増加することによって、調整弁32が軸方向X(流体の流れ方向)に移動している状態を示している。また、減圧弁100内の矢印は、流体の流れを表している。
まず図4(a)は、受圧面37aの周縁部が、対向面13に接触している状態を示す。減圧弁100内を流体が流れる場合、第1流路F1を流れる流体の動圧が、受圧面37aに作用する。第1流路F1の流量が少ない場合、受圧面37aに作用する流体の動圧は小さい。受圧面37aに作用する流体の動圧が付勢部材E1の付勢力よりも小さい場合、図4(a)に示すように受圧面37aの周縁部が対向面13から離れることはない。
この場合、第1流路F1と第2流路F2は、連通部O1でのみ連通している。第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、連通部O1の面積である面積A1である。第1流路F1の流路面積を面積A0とすると、第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積が面積A0から面積A1に縮小しているといえる。そして、第1流路F1から第2流路F2へ通過する際の圧力損失によって、流体の圧力が減圧される。つまり、第1接続具2A側から流入してきた流体は、第1流路F1から調整弁32を通過し減圧され、第2流路F2から第2接続具2B側に流出する。
図4(a)の場合よりも第1流路F1の流量が増加すると、受圧面37aに作用する流体の動圧が増加し、調整弁32が付勢部材E1の付勢力に抗して軸方向Xに移動する。これにより、図4(b)に示すように受圧面37aの周縁部が対向面13から離れる。受圧面37aと対向面13の間の距離が増加する。
受圧面37aの周縁部が対向面13から離れると、受圧面37aの周縁部と対向面13の間に流路が形成される。ここで、受圧面37aの周縁部と対向面13の間で形成される流路面積を面積A2とする。面積A2は、受圧面37aの周縁部と対向面13の間に形成される円筒状の隙間の面積である。第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、連通部O1の面積A1と面積A2の総和である面積(A1+A2)となる。
図4(b)の状態において、第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、面積A0から面積(A1+A2)に縮小しているといえる。図4(a)の場合と比べ、流路面積が面積A2分拡大しているため、流路面積の縮小幅は、図4(a)よりも小さい。そのため、第1流路F1から第2流路F2に流体が通過する際の圧力損失は、図4(a)の場合と比較すると小さくなる。つまり、減圧弁100を通過した際の減圧効果は、図4(a)の場合と比較すると低くなるといえる。
図4(b)の場合よりもさらに第1流路F1の流量が増加すると、受圧面37aに作用する流体の動圧が増加し、調整弁32が付勢部材E1の付勢力に抗して軸方向Xにさらに移動する。第1流路F1の流量が十分に増加すると、図4(c)に示すようにベース36の面36bが突出部33aに接触し、調整弁32がそれ以上軸方向Xに移動できなくなる。受圧面37aと対向面13の間の距離がさらに増加する。このとき、受圧面37aの周縁部が対向面13から最も離れた状態となる。
図4(c)においては、受圧面37aの周縁部と対向面13との間の距離が図4(b)の場合よりも増加しているため、面積A2も図4(b)の場合より大きくなる。第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、面積A0から面積(A1+A2)に縮小している。しかし、面積A2が、図4(b)よりも拡大しているため、流路面積の縮小幅は図4(b)よりも小さい。そのため、第1流路F1から第2流路F2に流体が通過する際の圧力損失は、図4(b)の場合と比較すると小さくなる。減圧弁100を通過した際の減圧効果は、図4(b)の場合と比較するとさらに低くなるといえる。
このように、本実施形態に係る減圧弁100は、流量が増加するに従い減圧弁100の減圧効果が低くなる。
以上のような構成を有する減圧弁100であれば、流量が少ないときに高く、流量が増加すると低くなる減圧効果を発揮することができる。すなわち、弁体37の受圧面37aに作用する動圧の増加に応じて流路面積が付勢部材E1の付勢力に抗して拡大することで、上記の減圧効果を得ることができる。
具体的には、本実施形態に係る減圧弁100においては、調整弁32が第1流路F1の流体の動圧の影響で軸方向Xに移動し、受圧面37aの周縁部と対向面13の間の距離が増加することで、受圧面37aと対向面13の間に新たな流路が形成され、流路面積が拡大する。さらに減圧弁100が第1流路F1と弁室3Aとを接続する導圧管4を有していれば、第1流路F1の流体の静圧の影響を受けず、調整弁32を第1流路F1の流体の動圧の影響で移動させることが可能となる。
本実施形態に係る減圧弁100は、第1流路F1の流体の動圧が受圧面37aに作用していない状態であっても第1流路F1と第2流路F2を連通させる連通部O1を有している。これにより、受圧面37aに作用する動圧が付勢部材E1の付勢力に比べて小さい場合でも、第1流路F1から第2流路F2に流体を流すことができる。
また減圧弁100の減圧効果は、流体の動圧が作用する受圧面37aの面積や付勢部材E1の付勢力を変更することで調整することができる。減圧効果が調整可能であれば、使用現場に適した減圧効果を有する減圧弁100を製作することが可能である。
減圧弁100は、電気的制御を使用しない制御機構のため、構造がシンプルであり、使用方法も簡便である。また、減圧弁100はホース間やホースと他の機器との間に設置することでき、着脱可能な接続具と組み合わせることで媒介金具として使用できる。
本実施形態に係る減圧弁100は、例えば海水利用型消防水利システム、自動調圧装置付き消防ポンプ車、石油備蓄基地大容量泡消火システム、原子力施設における代替注水ライン、ITO/AI等による自動送水制御ライン、及びその他流体移送自動制御ライン等の分野に適用することが可能である。
[第2実施形態]
第2実施形態について説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
図5は、第2実施形態に係る減圧弁300の概略的な部分断面図である。図6は、図5のA−A線に沿う矢視断面図である。
減圧弁300は、本体1と、弁部5と、を有している。図5には示していないが、減圧弁300は第1実施形態と同様の接続具2A,2Bを有してもよい。
本体1は、筒体11を有している。筒体11は、軸AXに沿って延びる円筒形状である。ただし、本体1の形状は、円筒形状に限られない。本体1は、内部に流体が流れる流路Fを有している。筒体11は、内壁11aと、突出部15と、を有している。内壁11aは、軸AXに沿って延びる円周面状をなしている。突出部15は、内壁11aから軸AXに向かって突出する円環状である。突出部15は、後述する受圧面52a,53aの周縁部と向かい合う対向面15aを有している。突出部15の内側には、開口部15bが規定されている。
ここで、軸AXに沿い、かつ図5において左から右に向かう方向を軸方向X、軸方向Xと反対方向を軸方向Yと定義する。図5に図示した矢印は、流体の流れ方向を示しており、軸方向Xと一致している。
弁部5は、調整弁51と、軸部54とを有している。調整弁51は、円板形状であり、2枚の弁体52,53と、連通部O2と、を有している。調整弁51は、軸方向Xと直交するように位置している。弁体52,53は、半円形の板状である。弁体52,53は、受圧面52a,53aと、受圧面52a,53aと反対側の面52b,53bと、をそれぞれ有している。受圧面52a,53aの周縁部と対向面15aは、向かい合っている。弁体52,53の外径は、内壁11aの直径より小さく、開口部15bの直径よりも大きい。
本体1内の流路Fは、弁体52,53によって隔てられており、弁体52,53よりも一次側(入口側)の流路Fを第1流路F1とする。本体1内の流路Fのうち、弁体52,53よりも二次側(出口側)の流路Fを第2流路F2とする。
連通部O2は、軸AXを中心軸とする孔である。弁体52,53にそれぞれ設けられた半円状の切り欠きを組み合わせることで、円形の連通部O2が形成される。連通部O2は、軸AXを中心軸とした孔でなくともよい。連通部O2は、必ずしも軸AXを中心とした孔である必要ではなく、弁体52,53にそれぞれ設けられた孔、切り欠き、及び受圧面52a,53aと対向面15aの間の隙間であってもよい。流路Fは、弁体52,53によって閉塞されることはない。受圧面52a,53aの周縁部が対向面15aに接触している場合であっても、連通部O2を通じて第1流路F1と第2流路F2が連通している。
軸部54は、軸55と、付勢部材E2と、を有している。軸55は、軸方向X(流れ方向)と直交する方向に延び、軸AXと交わる軸である。軸部54は、軸55を中心に弁体52,53を回動可能に支持している。弁体52は、図5において軸55を中心に反時計回りに面52bが軸AXに近づく方向に向かって回動する。一方、弁体53は、図5において軸55を中心に時計回りに面53bが軸AXに近づく方向に向かって回動する。
付勢部材E2は、例えば、ねじりコイルばねであり、コイル部分が軸55に通され、一端が面52bに当接し、他端が面53bに当接する。付勢部材E2は、軸55を中心に、受圧面52a,53aが軸方向X(流れ方向)に対して垂直に近づく方向に向けて弁体52,53を回動するように付勢する。流体が送液されていない場合、付勢部材E2の付勢力によって、受圧面52a,53aの周縁部が対向面15aと接触している。
第2実施形態に係る減圧弁300は、第1実施形態に係る減圧弁100と異なり、導圧管4を有していない。第1流路F1の流体と第2流路F2の流体間で、第1流路F1から第2流路F2へ弁部5を通過する際の圧力損失の影響による差圧が発生するが、その差圧が調整弁51の移動に影響を与える。したがって、調整弁51は、主に受圧面52a,53aに作用する第1流路F1の流体の動圧と、第1流路F1と第2流路F2との間に発生する圧力損失の影響による差圧の影響で回動する。以下、第1流路F1の流体の動圧と、第1流路F1と第2流路F2との間に発生する圧力損失の影響による差圧を合わせて、総圧という。
図7は、第2実施形態に係る減圧弁300内の調整弁51の動きを示す模式図である。図7(a)(b)(c)は、減圧弁300を流れる流体の流量が増加することによって、調整弁51の弁体52,53が軸方向X(流体の流れ方向)対し平行に近づく方向にそれぞれ回動していく状態を示している。また、減圧弁内300の矢印は、流体の流れを表している。
まず図7(a)は、受圧面52a,53aの周縁部が、対向面15aに接触している状態を示す。減圧弁300内を流体が流れる場合、第1流路F1を流れる流体の動圧が、受圧面52a,53aに作用する。第1流路F1の流量が少ない場合、受圧面52a,53aに作用する流体の動圧は小さい。また、第1流路F1と第2流路F2との間に発生する圧力損失の影響による差圧も小さい。受圧面52a,53aに作用する総圧が付勢部材E2の付勢力よりも小さい場合、図7(a)に示すように受圧面52a,53aの周縁部が対向面15aから離れることはない。
この場合、第1流路F1と第2流路F2は、連通部O2でのみ連通している。第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、連通部O2の面積である面積B1である。筒体11の内壁11aの流路面積を面積B0とすると、第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積が面積B0から面積B1に縮小しているといえる。そして、第1流路F1から第2流路F2へ通過する際の圧力損失によって、流体の圧力が減圧される。
図7(a)の場合よりも第1流路F1の流量が増加すると、受圧面52a,53aに作用する総圧が増加する。これにより、調整弁51の弁体52,53が、付勢部材E2の付勢力に抗して軸方向X(流体の流れ方向)対し平行に近づく方向に回動する。これにより、図7(b)に示すように受圧面52a,53aの周縁部が対向面15aから離れる。
受圧面52a,53aの周縁部が対向面15aから離れると、内壁11aと弁体52,53の間の隙間に流路が形成される。ここで、内壁11aと弁体52,53の間の隙間で形成される流路面積を面積B2とする。面積B2は、内壁11aと弁体52,53の間に形成される円環状の面積である。第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、連通部O2の面積B1と面積B2の総和である面積(B1+B2)となる。弁体52,53が軸方向X(流体の流れ方向)対し平行に近づく方向に回動すると、面積B1は次第に縮小するが、面積B2は拡大する。そのため、図7(a)の状態の面積B1よりも、図7(b)の状態の面積(B1+B2)の方が広い。
図7(b)の状態において、第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、面積B0から面積(B1+B2)に縮小している。図7(a)の場合と比べ、流路面積は面積B1から面積(B1+B2)に拡大しているため、流路面積の縮小幅は、図7(a)よりも小さい。そのため、第1流路F1から第2流路F2に流体が通過する際に流体が受ける圧力損失は、図7(a)の場合と比較すると小さくなる。減圧弁300を通過した際の減圧効果は、図7(a)の場合と比較すると低くなるといえる。
図7(b)の場合よりもさらに第1流路F1の流量が増加すると、受圧面52a,53aに作用する総圧が増加する。これにより、調整弁51の弁体52,53が、付勢部材E2の付勢力に抗して軸方向X(流体の流れ方向)対し平行に近づく方向に回動する。第1流路F1の流量が十分に増加すると、図7(c)に示すように、調整弁51の弁体52,53が軸方向Xに対し平行になり、弁体52,53はこれ以上軸55を中心として回動できなくなる。このとき、内壁11aと弁体52,53が最も離れた状態となる。
図7(c)においては、受圧面52a,53aの周縁部と対向面13との間の距離が図7(b)の場合よりも増加しているため、面積B2は拡大する。一方、弁体52,53が軸方向Xと平行になるため、面積B1はほとんど消滅する。図7(b)の状態の面積(B1+B2)よりも、図7(c)の状態の面積B2の方が広い。
図7(c)の状態において、第1流路F1から第2流路F2へ流体が通過する流路面積は、面積B0から面積B2に縮小している。図7(b)の場合と比べ、流路面積は図7(b)の面積(B1+B2)から面積B2に拡大しているため、流路面積の縮小幅は図7(b)よりも小さい。そのため、第1流路F1から第2流路F2に流体が通過する際に流体が受ける圧力損失は、図7(b)の場合と比較すると小さくなる。減圧弁300を通過した際の減圧効果は、図7(b)の場合と比較するとさらに低くなるといえる。
本実施形態に係る構造であっても、第1実施形態と同様に、流量が減少すると減圧効果が高くなり、流量が増加すると減圧効果が低くなる減圧弁300を実現できる。第2実施形態に係る減圧弁300は、第1実施形態と比較して部品点数が少なく、構造がよりシンプルなため、製作しやすい。
なお、本実施形態においては調整弁51が2枚の弁体52,53を有しているが、1枚の弁体のみを有してもよい。この場合、軸55は、軸AXとは交わらない位置に配置されてもよい。
以上、第1実施形態及び第2実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲を各実施形態にて開示した構成に限定するものではない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100,300…減圧弁、201A,201B…ホース、202A,202B…接続具、1…本体、11…筒体、13…対向面、15…突出部、15a…対向面、2A…第1接続具、2B…第2接続具、3,5…弁部、31…弁箱、32…調整弁、37…弁体、37a…受圧面、3A…弁室、4…導圧管、51…調整弁、52,53…弁体、52a,53a…受圧面、54…軸部、55…軸、A,B…面積、AX…軸、E1,E2…付勢部材、F1…第1流路、F2…第2流路、R…半径方向、X,Y…軸方向

Claims (9)

  1. 入口側の第1流路および出口側の第2流路を有し、前記入口から前記出口に向けて流体が流れる本体と、
    前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる弁体と、前記弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、
    を備え、
    前記弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有し、
    前記弁部は、前記本体の内部に配置された弁箱と、前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向に沿って前記弁箱内を移動可能なベースと、前記弁体と前記ベースを接続する接続部材と、を有し、
    前記付勢部材は、前記弁箱と前記ベースで形成される弁室に収容され、前記ベースを前記流れ方向の反対方向に向けて付勢し、
    前記入口から前記第1流路に流入する前記流体の流量が増加すると前記受圧面に作用する前記動圧が増加し、前記動圧の増加に応じて前記流路面積が前記付勢部材の付勢力に抗して拡大し、前記入口と前記出口の間の減圧効果が低くなるとともに、前記第1流路を通過し前記第2流路を経て前記出口から流出する前記流体の流量が増加する、
    減圧弁。
  2. 入口側の第1流路および出口側の第2流路を有し、前記入口から前記出口に向けて流体が流れる本体と、
    前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる弁体を有する調整弁と、前記弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、
    を備え、
    前記弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有し、
    前記第1流路の前記流体の静圧は前記調整弁に対して双方向から作用し、この静圧の前記調整弁への影響は打ち消され、
    前記第2流路の前記流体の静圧は前記調整弁に対して双方向から作用し、この静圧の前記調整弁への影響は打ち消され、
    前記入口から前記第1流路に流入する前記流体の流量が増加すると前記受圧面に作用する前記動圧が増加し、前記動圧の増加に応じて前記流路面積が前記付勢部材の付勢力に抗して拡大し、前記入口と前記出口の間の減圧効果が低くなるとともに、前記第1流路を通過し前記第2流路を経て前記出口から流出する前記流体の流量が増加する、
    減圧弁。
  3. 入口側の第1流路および出口側の第2流路を有し、前記入口から前記出口に向けて流体が流れる本体と、
    前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる弁体と、前記弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、
    を備え、
    前記弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有するとともに、前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向に沿って移動可能に配置され、
    前記第2流路は、前記流体により流路面積が変化する部分を有さず、
    前記入口から前記第1流路に流入する前記流体の流量が増加すると前記受圧面に作用する前記動圧が増加し、前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する前記流路面積が前記動圧の増加に応じて前記付勢部材の付勢力に抗して拡大し、前記入口と前記出口の間の減圧効果が低くなるとともに、前記第1流路を通過し前記第2流路を経て前記出口から流出する前記流体の流量が増加する、
    減圧弁。
  4. 前記本体は、前記受圧面の周縁部と向かい合う対向面を内部に有し、
    前記付勢部材は、前記受圧面が前記対向面に近づく方向に向けて前記弁体を付勢し、
    前記受圧面に作用する前記動圧が増加すると前記弁体が前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向に押されて前記受圧面と前記対向面の間の距離が増加し、これにより前記流路面積が拡大する、
    請求項2またはに記載の減圧弁。
  5. 前記第1流路と前記弁室を接続する導圧管をさらに有する、
    請求項に記載の減圧弁。
  6. 入口側の第1流路および出口側の第2流路を有し、前記入口から前記出口に向けて流体が流れる本体と、
    前記本体の内部に配置され、前記第1流路と前記第2流路を隔てる半円形の板状の2枚の弁体と、前記2枚の弁体を前記第1流路から前記第2流路へ前記流体が通過する流路面積が縮小する方向に向けて付勢する付勢部材と、を有する弁部と、
    を備え、
    前記2枚の弁体は、前記第1流路を流れる前記流体の動圧が作用する受圧面と、前記流体の動圧が前記受圧面に作用していない状態であっても、前記第1流路と前記第2流路を連通させる連通部と、を有し、
    前記弁部は、前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向と直交する軸を中心に前記2枚の弁体を回動可能に支持する軸部を有し、
    前記入口から前記第1流路に流入する前記流体の流量が増加すると前記受圧面に作用する前記動圧が増加し、前記動圧の増加に応じて前記流路面積が前記付勢部材の付勢力に抗して拡大し、前記入口と前記出口の間の減圧効果が低くなるとともに、前記第1流路を通過し前記第2流路を経て前記出口から流出する前記流体の流量が増加し、
    前記連通部は、前記2枚の弁体に設けられた切り欠きを組み合わせることで形成された、前記本体の軸を中心とする孔である、
    減圧弁。
  7. 前記付勢部材は、前記受圧面が前記流れ方向に対し垂直に近づく方向に向けて前記2枚の弁体が回動するように前記2枚の弁体を付勢し、
    前記受圧面に作用する前記動圧が増加すると前記2枚の弁体が前記流れ方向に対し平行に近づく方向に回動して前記2枚の弁体と前記本体の内壁の間の隙間が増加し、これにより前記流路面積が拡大する、
    請求項6に記載の減圧弁。
  8. 前記本体は、前記受圧面の周縁部と向かい合う対向面を内部に有し、
    前記付勢部材は、前記受圧面が前記対向面に近づく方向に向けて前記2枚の弁体を付勢し、
    前記受圧面に作用する前記動圧が増加すると前記2枚の弁体が前記第1流路を流れる前記流体の流れ方向に押されて前記受圧面と前記対向面の間の距離が増加し、これにより前記流路面積が拡大する、
    請求項6または7に記載の減圧弁。
  9. 前記本体の前記入口側の端部に設けられ、前記第1流路を配管に接続するための第1接続具と、
    前記本体の前記出口側の端部に設けられ、前記第2流路を他の配管に接続するための第2接続具と、
    をさらに有する、
    請求項1乃至8のいずれか1項に記載の減圧弁。
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