JP6958116B2 - ガス遮断機構 - Google Patents

Description

本発明は、二重の遮断弁を備えたガス遮断機構に関するものである。

従来、下記特許文献１に開示されるように、バーナへのガス供給路に、二重の遮断弁と流量調整弁とが設けられたボイラが知られている。バーナでの燃焼停止時、各遮断弁が閉じられ、バーナでの燃焼時、各遮断弁が開けられる。

この種のガス遮断機構では、上流側の第一遮断弁には、一次側（入口側）にガス供給圧（たとえば最高３００ｋＰａＧ）がかかる。また、第一遮断弁とその二次側（出口側）の第二遮断弁との間にも、各遮断弁の閉鎖タイミングによっては（具体的には第二遮断弁が僅かでも先に閉まれば）、ガス供給圧がかかる。そのため、電磁弁からなる各遮断弁は、ガス供給圧に対抗して開弁する必要があり、弁体を可動させるソレノイドの能力との関係で、オリフィス径（弁体で開閉される流路穴の径）を大きくしたり、オリフィスに対する弁体のストロークを大きくしたりするには、限界がある。

このように、従来のガス遮断機構では、各遮断弁のオリフィス径やストロークを大きくとることができず、しかも遮断弁が直列に二段設けられるため、ガス供給路を流れるガスの圧力損失が大きくなる。これに伴い、ガス供給圧（元圧）の下限圧として、比較的高い圧力（たとえば６０ｋＰａＧ）が必要であった。一方、これに対処しようと、仮に、各遮断弁のソレノイドの吸引力を上げるのでは、大幅なコスト上昇を避けられない。

特開２０１５−２１８９５０号公報（段落００２４、図１）

本発明が解決しようとする課題は、簡易な構成で安価に、二重遮断弁による圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることのできるガス遮断機構を提供することにある。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、一次側の流体圧に対抗して開弁する第一遮断弁と、流量調整弁の一次側であって、前記第一遮断弁の二次側に設けられ、前記第一遮断弁のオリフィス径よりも大径なオリフィス径の第二遮断弁と、この第二遮断弁の一次側と二次側とを接続するバイパス路と、このバイパス路に設けられるバイパス弁と、前記バイパス弁、前記第二遮断弁および前記第一遮断弁の順に、各弁を開放する制御器とを備えることを特徴とするガス遮断機構である。

請求項１に記載の発明によれば、第一遮断弁と第二遮断弁とを直列に備えるガス遮断機構において、第二遮断弁の一次側と二次側とがバイパス路で接続され、そのバイパス路にバイパス弁が設けられる。そのため、バイパス弁の開放により、第二遮断弁の一次側にかかるガス圧を下げることができ、第二遮断弁の開放に要する力を低減できる。これに伴い、第二遮断弁のオリフィス径を第一遮断弁よりも大きくとることが可能となり、ガスの圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることもできる。

請求項１に記載の発明によれば、まずはバイパス弁を開けることで、第二遮断弁の一次側にかかるガス圧を下げるので、第二遮断弁を容易に開けることができ、その後、第一遮断弁を開ければよい。第二遮断弁の開放に要する力を低減することで、第二遮断弁のオリフィス径を第一遮断弁よりも大きくとることが可能となり、ガスの圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることもできる。

請求項２に記載の発明は、前記バイパス弁のオリフィス径は、前記各遮断弁のオリフィス径よりも小径とされることを特徴とする請求項１に記載のガス遮断機構である。

請求項２に記載の発明によれば、バイパス弁を各遮断弁より小型で安価に構成することができる。

請求項３に記載の発明は、前記第二遮断弁の弁体のストロークは、前記第一遮断弁の弁体のストロークよりも長いことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス遮断機構である。

請求項３に記載の発明によれば、第二遮断弁の弁体のストロークを、第一遮断弁の弁体のストロークよりも長くして、各遮断弁の開放時の流量を増すことができる。
さらに、請求項４に記載の発明は、前記各遮断弁の閉鎖状態では、前記第二遮断弁のオリフィスよりも下流領域は、前記第一遮断弁より上流のガス供給圧よりも低圧に維持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断機構である。

本発明によれば、簡易な構成で安価に、二重遮断弁による圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることのできるガス遮断機構を実現することができる。

本発明の一実施例のガス遮断機構を示す概略図であり、一部を断面にして示している。

以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例のガス遮断機構１を示す概略図であり、一部を断面にして示している。図１において、各弁２〜５は、閉じられた状態で示される。なお、以下において、説明の便宜上、図１の状態での上下および左右として方向をいうことがあるが、ガス遮断機構１の使用時の姿勢を限定する趣旨ではない。

本実施例のガス遮断機構１は、ボイラのバーナへのガス供給路に設けられ、バーナへのガス供給の有無を切り替える。ガス遮断機構１は、第一遮断弁２と、この第一遮断弁２の二次側に設けられる第二遮断弁３と、この第二遮断弁３の一次側と二次側とを接続するバイパス路６と、このバイパス路６に設けられるバイパス弁４とを備える。ガス供給源からのガスは、基本的には第一遮断弁２と第二遮断弁３とを順に介した後、図示例ではさらに流量調整弁５を介して、バーナへ送られる。

各遮断弁２，３は、ボディ７内の流路８，８´を弁体９，１０で開閉する電磁弁である。各遮断弁２，３のボディ７は、図示例では共通化されて一体形成されているが、各遮断弁２，３のボディを分けて構成し、両ボディを接続することで、連続的な流路８，８´を形成してもよい。また、図示例では、各遮断弁２，３のボディ７は、流量調整弁５のボディ１１と分けて構成し、両ボディ７，１１を接続することで、連続的な流路８，８´，１６を形成しているが、場合により、流量調整弁５のボディ１１と共通化されて一体形成されてもよい。さらに、各弁（たとえば第一遮断弁２と第二遮断弁３）は、所望により配管を介して接続されてもよい。

第一遮断弁２は、図１において、上下方向へ沿う流路８を備え、その中途にオリフィス１２が設けられる。オリフィス１２は、オリフィス穴１２ａが形成された環状の板材から形成されている。そして、作動装置１３のソレノイド（図示省略）により弁体９を進退させ、その弁体９によりオリフィス穴１２ａを開閉させる。

具体的には、ソレノイドのコイルに通電すると、プランジャを基端側（図１の上方）へ吸着して、弁体９をオリフィス１２から引き離すことで、オリフィス穴１２ａを開口させる。逆に、ソレノイドのコイルへの通電を停止すると、プランジャが先端側（図１の下方）へ押し出されて、弁体９をオリフィス１２に押し付けることで、オリフィス穴１２ａを閉鎖させる。このようにして、ソレノイドのコイルへの通電の有無により、第一遮断弁２の開放の有無が切り替えられる。

図１の第一遮断弁２において、ガス供給源からのガスは、オリフィス１２よりも上方の左側部の流入口ＩＮから供給され、オリフィス１２よりも下方の右側部へ流出する。第一遮断弁２は、ソレノイドのコイルへの通電停止時、弁体９がガス供給圧によって閉鎖する方向へ付勢される。従って、第一遮断弁２は、一次側のガス供給圧に対抗して、ソレノイドにより弁体９をオリフィス１２から離隔させて、開弁することになる。

第二遮断弁３も、基本的には第一遮断弁２と同様の構成であり、図１において、上下方向へ沿う流路８´を備え、その中途にオリフィス１４が設けられる。オリフィス１４は、オリフィス穴１４ａが形成された環状の板材から形成されている。そして、作動装置１５内のソレノイド（図示省略）により弁体１０を進退させ、その弁体１０によりオリフィス穴１４ａを開閉させる。

具体的には、ソレノイドのコイルに通電すると、プランジャを基端側（図１の下方）へ吸着して、弁体１０をオリフィス１４から引き離すことで、オリフィス穴１４ａを開口させる。逆に、ソレノイドのコイルへの通電を停止すると、プランジャが先端側（図１の上方）へ押し出されて、弁体１０をオリフィス１４に押し付けることで、オリフィス穴１４ａを閉鎖させる。このようにして、ソレノイドのコイルへの通電の有無により、第二遮断弁３の開放の有無が切り替えられる。

図１の第二遮断弁３において、第一遮断弁２からのガスは、オリフィス１４よりも下方の左側部から供給され、オリフィス１４よりも上方の右側部へ流出する。各遮断弁２，３の閉鎖タイミングによっては（具体的には第二遮断弁３が僅かでも先に閉まれば）、第二遮断弁３は、ソレノイドのコイルへの通電停止時、弁体１０がガス供給圧によって閉鎖する方向へ付勢される。

流量調整弁５は、図１において、上下方向へ沿う流路１６を備え、その中途にオリフィス１７が設けられる。オリフィス１７は、オリフィス穴１７ａが形成された環状の板材から形成されている。オリフィス穴１７ａには、シャフト１８により弁体１９が進退可能とされる。弁体１９は、外周面がシャフト１８の基端側（図１の上方）へ行くに従って縮径するように、テーパ状に形成されている。そのため、作動装置２０内のモータ（典型的にはステッピングモータ）によりオリフィス穴１７ａに対し弁体１９を進退させることで、弁体１９とオリフィス穴１７ａとの隙間を増減して、オリフィス穴１７ａを通る流量を調整することができる。図１では、流量調整弁５を最も閉じた状態を示しており、この状態から弁体１９を下方へ押し出すことで、流量を増加させることができる。

図１の流量調整弁５において、第二遮断弁３からのガスは、オリフィス１７よりも上方の左側部から供給され、オリフィス１７よりも下方の右側部の流出口ＯＵＴを介して、バーナへ供給される。なお、本実施例の流量調整弁５は、全閉不能、つまり最も弁を閉めた状態でも弁体１９とオリフィス穴１７ａとの間に隙間が残る構成とされる。これに伴い、各遮断弁２，３の閉鎖状態では、第二遮断弁３のオリフィス１４よりも下流領域は、圧力を開放された状態（第一遮断弁２より上流のガス供給圧よりも低圧で、ここでは略大気圧下）に維持される。

第二遮断弁３の一次側と二次側とは、バイパス路６で接続される。具体的には、第一遮断弁２のオリフィス１２から第二遮断弁３のオリフィス１４への流路と、第二遮断弁３のオリフィス１４から流量調整弁５のオリフィス１７への流路とが、バイパス路６で接続される。そして、このバイパス路６には、電磁弁からなるバイパス弁４が設けられる。バイパス弁４も各遮断弁２，３と同様の構成（一次側に弁体を移動させて開弁する構成）であるが、バイパス弁４のオリフィス穴の内径は各遮断弁２，３のオリフィス穴１２ａ，１４ａの内径よりも小径とされる。

バイパス路６の流路断面積は、各遮断弁２，３の流路断面積よりも小さい。バイパス路６は、バイパス弁４の開放時、第二遮断弁３の一次側と二次側とを連通して、圧力差を瞬時に開放可能であれば、流路断面積は小さい方が好ましい。これに伴い、バイパス路６に設けられるバイパス弁４も小型である方が好ましい。

次に、本実施例のガス遮断機構１の動作について説明する。第一遮断弁２、第二遮断弁３、バイパス弁４および流量調整弁５は、制御器（図示省略）に接続されている。制御器は、各遮断弁２，３のソレノイド、バイパス弁４のソレノイド、流量調整弁５のモータなどに接続されて、各弁２〜５の開閉または開度を調整する。

前述したとおり、本実施例では、流量調整弁５は全閉不能な構成とされており、バーナへのガス供給の有無は、各遮断弁２，３の開閉により切り替えられる。バーナへのガス供給を停止するには、各遮断弁２，３を閉じればよいし、ガス供給を実行するには、各遮断弁２，３を開ければよい。各遮断弁２，３の開放中、流量調整弁５の開度を調整することで、バーナへのガス流量を調整することができる。

いま、各遮断弁２，３およびバイパス弁４が閉鎖状態にあるとする。この状態では、第一遮断弁２の一次側には、弁体９を閉じる方向に、ガス供給圧がかかる。また、前述したとおり、各遮断弁２，３の閉鎖タイミングによっては、第二遮断弁３（およびバイパス弁４）の一次側にも、弁体１０を閉じる方向に、ガス供給圧がかかる。一方、第二遮断弁３のオリフィス１４よりも下流側は、前述したとおり、ガス供給圧よりも低圧（ここでは略大気圧）とされている。

この状態で、各遮断弁２，３を開放して、バーナへガスを送るには、次のように制御するのがよい。まず、バイパス弁４を開放する。これにより、第二遮断弁３の一次側と二次側とが連通して、第一遮断弁２のオリフィス１２から第二遮断弁３のオリフィス１４への流路内の圧力が開放される。従って、第二遮断弁３の弁体１０の一次側にかかる圧力を開放することができ、第二遮断弁３の開放を容易に行うことができる。その後、第一遮断弁２を開放すればよい。

このように、本実施例のガス遮断機構１によれば、バイパス弁４の開放により、第二遮断弁３の一次側にかかるガス圧を下げることができ、第二遮断弁３の開放に要する力を低減できる。これに伴い、第二遮断弁３のオリフィス径を第一遮断弁２よりも大きくとることが可能となり、ガスの圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることもできる。また、第二遮断弁３のオリフィス径を第一遮断弁２のオリフィス径よりも大きくすることに代えてまたはそれに加えて、第二遮断弁３の弁体１０のストローク（ソレノイドのプランジャの可動量）を第一遮断弁２の弁体９のストロークよりも大きくすることもできる。

そのため、たとえば、次のような構成とすることができる。第一遮断弁２は、一次側と二次側との差圧が第一設定値（たとえば３００ｋＰａＧ）までなら開弁可能な電磁弁として、たとえば、オリフィス穴１２ａの内径（最内径）が２５．５ｍｍ、弁体９のストロークが１０ｍｍの電磁弁とされる。一方、第二遮断弁３は、一次側と二次側との差圧が前記第一設定値よりも低い第二設定値までなら開弁可能（好ましくは差圧なしで開弁可能）な電磁弁として、たとえば、オリフィス穴１４ａの内径（最内径）が第一遮断弁２よりも大きな４０ｍｍ、弁体１０のストロークが第一遮断弁２よりも長い２０ｍｍの電磁弁とされる。さらに、バイパス弁４は、各遮断弁２，３よりも小型の電磁弁（たとえばボイラのパイロットバーナに使用している程度のオリフィス径が小さくストロークも小さい電磁弁）とされる。なお、バイパス弁４は、一次側と二次側との差圧が前記第一設定値までなら開弁可能な電磁弁であるが、オリフィス径が各遮断弁２，３より小径など、小型であるため、小型のソレノイドで開弁可能とされる。

いずれにしても、まずはバイパス弁４を開けることで、第二遮断弁３の一次側にかかるガス圧を下げるので、第二遮断弁３を容易に開けることができ、その後、第一遮断弁２を開ければよい。第二遮断弁３の開放に要する力を低減することで、第二遮断弁３のオリフィス径および／またはストロークを、第一遮断弁２よりも大きくとることが可能となり、ガスの圧力損失を低減し、ガス供給圧の下限圧を下げることもできる。本実施例では、第二遮断弁３として、差圧がない状態で開弁可能なオリフィス径やストロークの電磁弁を利用可能となる。

なお、各遮断弁２，３のボディ７内の流路は、第二遮断弁３のオリフィス穴１４ａの内径と同程度の内径（上記の例では４０ｍｍ）を確保できる。つまり、ガス遮断機構１の流路は、第一遮断弁２のオリフィス穴１２ａにおいて一時的に狭まるものの、他の箇所では第二遮断弁３のオリフィス穴１４ａと同程度の内径のままとでき、圧力損失を低減することができる。

ところで、各遮断弁２，３を一旦開放後（つまりバーナへのガス供給開始後）には、バイパス弁４を閉じてもよい。但し、バイパス弁４は、各遮断弁２，３の閉鎖時に閉じるようにしてもよい。バーナへのガス供給を停止するには、各遮断弁２，３を閉じるが、その際、いずれの遮断弁２，３を先に閉じてもよいし、両遮断弁２，３を同時に閉じてもよい。

本発明のガス遮断機構１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、（ａ）一次側の流体圧に対抗して開弁する第一遮断弁２と、（ｂ）第一遮断弁２の二次側に設けられ、第一遮断弁２のオリフィス径よりも大径なオリフィス径の第二遮断弁３と、（ｃ）第二遮断弁３の一次側と二次側とを接続するバイパス路６と、（ｄ）バイパス路６に設けられるバイパス弁４とを備えるのであれば、その他の構成は、適宜に変更可能である。

たとえば、前記実施例では、二つの遮断弁２，３とバイパス弁４とを備えたガス遮断機構１の二次側に流量調整弁５を設けたが、この流量調整弁５の設置は必須ではない。また、前記実施例では、ボイラのバーナへのガス供給路にガス遮断機構１を設けたが、ガス遮断機構１は、ガス供給の有無を切り替えたい他の箇所へも同様に適用可能である。

さらに、前記実施例では、第二遮断弁３の二次側が略大気圧下に開放される例を説明したが、第二遮断弁３の二次側が略大気圧下に開放されていなくても、ガス供給圧よりも低圧になる限り、同様の作用効果を奏することになる。

１ ガス遮断機構
２ 第一遮断弁
３ 第二遮断弁
４ バイパス弁
５ 流量調整弁
６ バイパス路
７ （遮断弁の）ボディ
８，８´ （遮断弁の）流路
９ （第一遮断弁の）弁体
１０ （第二遮断弁の）弁体
１１ （流量調整弁の）ボディ
１２ （第一遮断弁の）オリフィス（１２ａ：オリフィス穴）
１３ （第一遮断弁の）作動装置
１４ （第二遮断弁の）オリフィス（１４ａ：オリフィス穴）
１５ （第二遮断弁の）作動装置
１６ （流量調整弁の）流路
１７ （流量調整弁の）オリフィス（１７ａ：オリフィス穴）
１８ （流量調整弁の）シャフト
１９ （流量調整弁の）弁体
２０ （流量調整弁の）作動装置

Claims (4)

1. 一次側の流体圧に対抗して開弁する第一遮断弁と、
   流量調整弁の一次側であって、前記第一遮断弁の二次側に設けられ、前記第一遮断弁のオリフィス径よりも大径なオリフィス径の第二遮断弁と、
   この第二遮断弁の一次側と二次側とを接続するバイパス路と、
   このバイパス路に設けられるバイパス弁と、
   前記バイパス弁、前記第二遮断弁および前記第一遮断弁の順に、各弁を開放する制御器と
   を備えることを特徴とするガス遮断機構。
2. 前記バイパス弁のオリフィス径は、前記各遮断弁のオリフィス径よりも小径とされる
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス遮断機構。
3. 前記第二遮断弁の弁体のストロークは、前記第一遮断弁の弁体のストロークよりも長い
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス遮断機構。
4. 前記各遮断弁の閉鎖状態では、前記第二遮断弁のオリフィスよりも下流領域は、前記第一遮断弁より上流のガス供給圧よりも低圧に維持される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス遮断機構。

Images