JP6905873B2 - 弁機構 - Google Patents

Description

本願は、液体を弁口から排出する弁機構に関する。

例えば特許文献１に開示されているように、液体を弁口から排出する弁機構が知られている。この弁機構は、先端に先細のテーパー部を有する弁体と、弁口とを備えている。弁機構では、弁体が弁口へ進退してテーパー部が弁口に出入りすることにより、弁口の開度が調節される。

特開２００９−５２７４２号公報

ところで、上述したような弁機構では、液体の圧力が低い場合、表面張力によって形成された液膜により弁口が塞がれ、弁口から液体が排出されにくくなる。特に、弁口の径が、弁口の上流側流路の径に比べて非常に小さい微小径である場合、上記の問題は顕著になる。

本願に開示の技術は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体の圧力が低い場合であっても、弁口から液体を排出することができる弁機構を提供することにある。

本願の弁機構は、ケーシングと、弁口と、弁体とを備えている。前記ケーシングは、液体の流入口および流出口と、該流入口と流出口とを繋ぐ流路とが形成されている。前記弁口は、前記流路に設けられている。前記弁体は、先端に先細のテーパー部を有し、前記弁口へ上流側から進退して前記テーパー部が前記弁口に出入りすることにより該弁口の開度を調節する。そして、前記テーパー部の軸方向長さは、前記弁口が所定開度以下の途中開度のとき、前記テーパー部が、前記弁口の軸方向全体に亘って位置し且つ前記弁口から下流側へ突出した状態となる長さに形成されている。

本願の弁機構によれば、液体の圧力が低い場合であっても、弁口から液体を排出することができる。

図１は、実施形態に係る流量調節弁の概略構成を示す断面図である。 図２は、流量調節弁の要部を拡大して示す断面図である。 図３は、流量調節弁の要部について途中開度時の状態を示す断面図である。

以下、本願の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本願に開示の技術、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

本実施形態の流量調節弁１０は、例えば蒸気システムに設けられ、ドレンを一定流量だけ排出するものであり、本願の請求項に係る弁機構に相当する。なお、ドレンは流量調節弁１０が対象とする液体の一例である。

図１に示すように、本実施形態の流量調節弁１０は、ケーシング１１と、スクリーン２０と、弁口部材２５と、流量調節機構３０とを備えている。

ケーシング１１は、略Ｙ型に形成されており、内部をドレンが流通する。ケーシング１１には、ドレンの流入口１２および流出口１３と、該流入口１２と流出口１３とを繋ぐ流路１４とが形成されている。流入口１２と流出口１３とは、上下流方向に対向しており、互いに開口軸が同軸に形成されている。流路１４は、ブロー通路１５と、接続通路１６と、弁室１７と、弁口用通路１８とを有している。

ブロー通路１５は、上記開口軸から傾斜して設けられ、流入口１２に接続されている。接続通路１６は、上記開口軸周りの略径方向（開口軸を中心とする円の径方向）に延びる通路であり、ブロー通路１５と弁室１７とを接続する（連通させる）ものである。弁室１７は、ケーシング１１の外周壁と後述する流量調節機構３０の保持部材３１との間に形成された空間である。弁口用通路１８は、上記開口軸周りの略径方向に延びる通路であり、弁室１７と流出口１３とを接続する（連通させる）ものである。弁口用通路１８には、弁口部材２５が設けられている。

スクリーン２０は、ブロー通路１５内に設けられている。スクリーン２０は、ブロー通路１５の軸方向に延びる円筒状に形成され、一端が流入口１２に向かって開口している。ケーシング１１におけるブロー通路１５の開口端には、スクリーン２０を保持するプラグ２１が螺合接合されている。スクリーン２０は、流入口１２からブロー通路１５に流入したドレンに含まれる異物を捕捉するフィルタ部材を構成している。ブロー通路１５では、プラグ２１を外すことにより、スクリーン２０に捕捉された異物がドレンの流れによって外部に排出される。

弁口部材２５は、略円筒状に形成されており、上述したように弁口用通路１８に設けられている。図２にも示すように、弁口部材２５は、弁口用通路１８の通路壁に上下流方向に螺合されて取り付けられている。弁口部材２５は、上流側端面の中央が上流側へ隆起する突出部２９が形成されている。突出部２９の中央には、上下流方向に貫通する弁口２６が形成されている。つまり、突出部２９の端面２９ａは、弁口２６の開口面であり、平面に形成されている。

弁口部材２５には、弁口２６の下流側に連続して形成される拡開部２７と、該拡開部２７の下流側に連続して形成される円柱部２８とが形成されている。拡開部２７および円柱部２８は、弁口用通路１８ひいては流路１４の一部を構成している。拡開部２７は、通路断面積（流路断面積）が下流側へいくに従って漸次大きくなるテーパー状の通路である。円柱部２８は、軸方向において通路断面積が一定の通路である。

流量調節機構３０は、弁口２６の開度を調節することによって、弁口２６におけるドレンの排出流量を調節するものである。流量調節機構３０は、弁口用通路１８の外方側端部が位置するケーシング１１の外周壁、即ち弁口部材２５に対向するケーシング１１の外周壁に取り付けられている。流量調節機構３０は、保持部材３１と、弁部材３２と、キャップ３５とを備えている。

保持部材３１は、弁部材３２を保持するものであり、ケーシング１１の外周壁に螺合接合されている。こうして、保持部材３１がケーシング１１の外周壁に接合されることにより、保持部材３１とケーシング１１との間に弁室１７が形成される。

弁部材３２は、主軸部３２ａと、弁体３２ｃとを有し、弁口２６と対向する位置に設けられている。主軸部３２ａは、断面が円形の棒状に形成され、弁口２６（弁口部材２５）と同軸に設けられている。主軸部３２ａは、保持部材３１のねじ孔３１ａに螺合することで保持されている。具体的に、主軸部３２ａの下端部（弁口２６側の端部）は外周面に雄ねじが形成された螺合部３２ｂとなっており、この螺合部３２ｂが保持部材３１のねじ孔３１ａに螺合する。弁体３２ｃは、主軸部３２ａの下端に連続して形成されている。

保持部材３１におけるねじ孔３１ａの上方には、保持部材３１と弁部材３２の主軸部３２ａとの隙間をシールするパッキン３３が押え部材３４によって装着されている。そして、保持部材３１には、弁部材３２の上端部および押え部材３４を覆うキャップ３５が螺合により取り付けられている。保持部材３１とキャップ３５との間には、ばね座金３６が装着されている。

流量調節機構３０では、弁部材３２（主軸部３２ａ）を回転させることにより、弁体３２ｃが弁口２６へ上流側から進退して弁口２６における上流側開口２６ａの開度を調節するように構成されている。この弁口２６の開度調節により、弁口２６におけるドレンの排出流量が調節される。具体的に、主軸部３２ａは回転されることで図１に示す矢印方向に移動（変位）する。これにより、弁体３２ｃが弁口２６へ向かって進退する。弁体３２ｃが前進して弁口２６に進入することで、弁口２６の上流側開口２６ａの開口面積（開度）が減少しドレンの排出流量が減少される。

〈弁口および弁体の詳細な構成〉
図２および図３に示すように、弁口２６は、開口形状が円形であり、開口径Ｄａは軸方向において一定である。ここに、軸方向とは、弁口２６の中心軸Ｃ方向であり、主軸部３２ａの中心軸Ｃ方向である。弁口２６は、その上流側の流路幅である弁室１７の幅（図１において左右方向の長さ）と比べて非常に小さい開口径Ｄａを有しており、いわゆるオリフィスを構成している。そして、弁口２６は、開口径Ｄａが軸方向長さＬａ以上の大きさに形成されている。

弁体３２ｃは、主軸部３２ａ側から順に、鍔部３２ｄと、テーパー部３２ｅとを有している。つまり、弁体３２ｃは先端に先細のテーパー部３２ｅを有している。鍔部３２ｄとテーパー部３２ｅとは互いに一体に形成されている。鍔部３２ｄは、外径が主軸部３２ａよりも大径に形成された円板部材である。また、鍔部３２ｄは、外径が弁口部材２５の突出部２９の上端部よりも大径に形成されている。また、鍔部３２ｄは、外径が保持部材３１のねじ孔３１ａの径よりも大径に形成されており、保持部材３１と接することにより弁部材３２の後退動作（上方への移動）が規制される。

テーパー部３２ｅは、先細の円錐形に形成され、主軸部３２ａと同軸に設けられている。つまり、テーパー部３２ｅは、鍔部３２ｄの下端面から下流側へ延びており、外径が下流側へいくに従って小さくなっており、弁口２６と同軸に設けられている。弁体３２ｃは、弁口２６へ向かって進退してテーパー部３２ｅが弁口２６に出入りすることにより、弁口２６の開度を調節することができる。

テーパー部３２ｅの軸方向長さＬｂは、弁口２６の軸方向長さＬａよりも長い。テーパー部３２ｅの最大外径Ｄｂ（即ち、円錐形の底面の直径）は、鍔部３２ｄの外径よりも小さく、弁口２６の開口径Ｄａよりも大きい。そして、テーパー部３２ｅの軸方向長さＬｂは、図３に示すように、弁口２６が所定開度以下の途中開度のとき、テーパー部３２ｅが、弁口２６の軸方向全体に亘って位置し且つ弁口２６から下流側へ突出した状態となる長さに形成されている。つまり、弁口２６が途中開度のときは、テーパー部３２ｅが弁口２６の軸方向全長に亘って進入した状態になると共に、テーパー部３２ｅの先端が弁口２６の下流側開口２６ｂから突出した状態になる。ここに、途中開度とは、０％（全閉状態）よりも大きくて１００％（全開状態）よりも小さい開度である。また、所定開度とは、弁口２６において表面張力によりドレンの液膜が形成され、その液膜によって弁口２６が塞がれる虞がある開度である。

流量調節弁１０では、上述したように弁室１７の大きさに比べて弁口２６の大きさが非常に小さいため、弁口２６において表面張力によるドレンの液膜が形成されやすく、その液膜によって弁口２６が塞がれてしまう場合がある。ドレンの液膜が形成されたとしても、ドレンの圧力が高い場合は、その圧力によって液膜が破られ、弁口２６からドレンが排出される。一方、ドレンの圧力が低い場合は、液膜が破られない虞があり、そうすると、ドレンの排出が困難となる。

本実施形態の流量調節弁１０は、弁口２６が所定開度以下の途中開度の状態で使用することを前提としている。この場合、テーパー部３２ｅが弁口２６の全体に亘って進入し、且つ、弁口２６の下流側開口２６ｂから下流側へ突出した状態となる。そのため、鍔部３２ｄと弁口２６との間に流れ込んできたドレンの一部は、弁口２６の壁面を伝って拡開部２７へと流下する一方、テーパー部３２ｅの壁面を伝ってその先端側へと流下する。これにより、ドレンの流下が促進され、鍔部３２ｄと弁口２６との間に流れ込んだドレンが液膜を形成し難くなる。

なお、本実施形態の流量調節弁１０を、弁口２６が上述した所定開度よりも大きい開度の状態から上述した途中開度の状態に変位させて使用する場合、弁口２６に形成された液膜がテーパー部３２ｅによって突き破られる。これにより、弁口２６が液膜によって閉塞されていた場合であっても、弁口２６からドレンを確実に排出させることができる。

言い換えると、弁口２６の軸方向全長に亘ってテーパー部３２ｅが位置するため、弁口２６におけるドレンの流路面積は、上流側開口２６ａの部分で最小となり、その上流側開口２６ａから下流側へいくに従って大きくなり、下流側開口２６ｂの部分で最大となる。そのため、例えば弁口においてドレンの流路面積が軸方向において一定となる部分が形成される場合に比べて、弁口２６における流通抵抗が低減され、ドレンが流れやすくなる。さらには、弁口２６においてドレンの表面張力が抑制され、液膜の形成が抑制されるとも言える。また、弁口２６は開口径Ｄａが軸方向長さＬａ以上に形成されているため、弁口２６におけるドレンの表面張力が抑制され、その分、弁口２６において液膜の形成が抑制される。

また、弁口２６では、テーパー部３２ｅが例えば図３に示す状態から更に進入し、テーパー部３２ｅの外周面が弁口２６の上流側開口２６ａの縁部に接（線接触）すると、全閉状態となる。つまり、弁口２６では上流側開口２６ａの縁部がシート部となっており、弁体３２ｃではテーパー部３２ｅの外周面がシート部となっている。なお、本実施形態の流量調節弁１０は、弁口２６が全開となる状態（図１に示す状態）では使用されず、常に弁口２６が途中開度か全閉となる状態で使用される。

以上のように、上記実施形態の流量調節弁１０によれば、弁口２６の形状を規定するようにした。具体的に、弁口２６は開口径Ｄａが軸方向長さＬａ以上の大きさに形成されている。これにより、弁口２６におけるドレン（液体）の表面張力が抑制でき、弁口２６において液膜の形成を抑制することができる。

さらに、弁体３２ｃのテーパー部３２ｅの軸方向長さＬａは、弁口２６が所定開度以下の途中開度のとき、テーパー部３２ｅが、弁口２６の軸方向全体に亘って位置し且つ弁口２６から下流側へ突出した状態となる長さに形成されている。この構成により、弁口２６において形成された液膜をテーパー部３２ｅによって突き破ることがで
きる。また、途中開度ではテーパー部３２ｅが弁口２６の軸方向全体に亘って位置するため、弁口２６においてドレンが流れやすくなると共に液膜の形成を抑制することができる。

以上より、弁口２６が途中開度のときは、上述した弁口２６の形状による効果も相俟って、弁口２６が液膜によって閉塞されることを抑制することができ、弁口２６からドレン（液体）を排出することができる。

また、上記実施形態の流量調節弁１０では、流路１４は、弁口２６の下流側に連続して形成され、流路断面積が下流側へいくに従って漸次大きくなる拡開部２７を有している。この構成によれば、弁口２６の下流側でドレン（液体）の流通抵抗が低減されるので、弁口２６からドレンが一層排出されやすくなる。

また、上記実施形態の流量調節弁１０では、弁体３２ｃのテーパー部３２ｅの外周面が弁口２６における上流側開口２６ａの縁部に接する（線接触する）ことにより、弁口２６が全閉になる。例えば、弁体３２ｃの鍔部３２ｄが弁口２６の突出部２９の端面２９ａと接する（面接触する）ことにより弁口２６を全閉にする構成とした場合、特に全閉に近い途中開度のときには、ドレンの通路である鍔部３２ｄと突出部２９との隙間が非常に小さくなるため、その隙間に液膜が発生する虞がある。即ち、鍔部３２ｄと突出部２９との間に形成される隙間は、弁口２６の上流側開口２６ａとテーパー部３２ｅとの間に形成される隙間よりも、隙間の形成距離が長いため、その分、液膜が発生しやすくなる。この点、上記実施形態では、テーパー部３２ｅが弁口２６の上流側開口２６ａと接することにより全閉にするようにしたため、液膜の発生を抑制することができる。

また、上記実施形態の流量調節弁１０では、テーパー部３２ｅが円錐形に形成されている。この構成によれば、テーパー部３２ｅの先端が尖るため、弁口２６の開度を絞ることにより、テーパー部３２ｅによって液膜を突き破ることが容易となる。

（その他の実施形態）
本願に開示の技術は、上記実施形態において以下のような構成としてもよい。例えば、弁体３２ｃのテーパー部３２ｅは、円錐形に代えて、円錐台形に形成すようにしてもよい。

また、上記実施形態では、テーパー部３２ｅの外周面が弁口２６の上流側開口２６ａの縁部に接することにより弁口２６を全閉にしたが、鍔部３２ｄが弁口２６の突出部２９の端面２９ａに接することにより弁口２６を全閉にするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ドレン以外の液体を対象としてもよい。

本願に開示の技術は、液体を弁口から排出する弁機構について有用である。

１０ 流量調節弁（弁機構）
１１ ケーシング
１２ 流入口
１３ 流出口
１４ 流路
２６ 弁口
２６ａ 上流側開口
２７ 拡開部
３２ｃ 弁体
３２ｅ テーパー部
Ｌａ 軸方向長さ
Ｌｂ 軸方向長さ
Ｄａ 開口径
Ｄｂ 外径

Claims (4)

1. 液体の流入口および流出口と、該流入口と流出口とを繋ぐ流路とが形成されたケーシングと、
   前記流路に設けられ、弁口が形成された略円筒状の弁口部材と、
   先端に先細のテーパー部を有し、前記弁口へ上流側から進退して前記テーパー部が前記弁口に出入りすることにより該弁口の開度を調節する弁体と、
   前記ケーシングに接合される保持部材と、
   前記弁体に形成されると共に、前記保持部材に螺合することで保持され、回転することにより前記弁体を前記弁口へ進退させる主軸部とを備え、
   前記テーパー部の軸方向長さは、前記弁口が所定開度以下の途中開度のとき、前記テーパー部が、前記弁口の軸方向全体に亘って位置し且つ前記弁口から下流側へ突出した状態となる長さに形成されており、
   前記弁体は、前記テーパー部と前記主軸部との間に一体形成され、前記主軸部および前記テーパー部の外径よりも大径の鍔部をさらに有し、
   前記弁口部材の上流側端面には、上流側へ隆起すると共に、前記弁口が上下流方向に貫通する突出部が形成され、
   前記弁体は、前記テーパー部の外周面が前記弁口における上流側開口の縁部に接することにより、前記弁口を全閉にする
   ことを特徴とする弁機構。
2. 請求項１に記載の弁機構において、
   前記弁口は、開口径が軸方向長さ以上の大きさに形成されている
   ことを特徴とする弁機構。
3. 請求項１または２に記載の弁機構において、
   前記流路は、前記弁口の下流側に連続して形成され、流路断面積が下流側へいくに従って漸次大きくなる拡開部を有している
   ことを特徴とする弁機構。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の弁機構において、
   前記テーパー部は、円錐形に形成されている
   ことを特徴とする弁機構。

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