JP6994259B2

JP6994259B2 - 分流弁

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Publication number: JP6994259B2
Application number: JP2018565484A
Authority: JP
Inventors: 毅谷川; 圭介石橋; 忠幸薬師神; 道雄山路; 亮介土肥; 嘉徳下村; 高志船越
Original assignee: Fujikin Inc
Current assignee: Fujikin Inc
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2038-01-25
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Description

この発明は、入口通路から流入した流体を２つの出口通路から流出させる分流弁に関する。

入口通路から流入した流体を２つの出口通路から流出させる分流弁は、温度制御などに使用されており、このような分流弁として、特許文献１には、主通路、前記主通路に連通する入口通路、前記主通路に連通する第１出口通路および前記主通路に連通する第２出口通路が形成されたボディと、前記主通路の前記第１出口通路に通じる通路途中に設けられた第１シートと、前記主通路の前記第２出口通路に通じる通路途中に設けられた第２シートと、前記第１シートに対して当接離隔することで前記第１出口通路に通じる通路を開閉する第１弁体と、前記第２シートに対して当接離隔することで前記第２出口通路に通じる通路を開閉する第２弁体と、前記第１弁体および前記第２弁体のいずれか一方を開く側に他方を閉じる側に連動して移動させる弁体移動機構とを備えたものが開示されている。

特許第４８０５４６５号公報

図１１に、従来の分流弁の流量特性を示す。図１１に示す従来例の流量特性によると、バルブ開度が０～１０％の領域および６０～７０％の領域では、流量の変化が大きく、バルブ開度が１０～６０％の領域では、流量の変化が小さいことが分かる。したがって、バルブ開度が０～１０％の領域および６０～７０％の領域では、バルブ開度が少し変わるだけで、流量が大きく変化することで制御が困難であり、また、バルブ開度が１０～６０％の領域では、バルブ開度を変えても、流量がそれに応じて変化しないことで制御が困難である。すなわち、従来の分流弁では、弁体ストロークが短く、制御精度が著しく悪いため分流精度も悪いという問題があった。

この発明の目的は、弁体のストロークを長くすることで、流量制御の精度に優れた分流弁を提供することにある。

この発明のさらなる目的は、開度が０～１００％までの間の広範囲にわたって流量制御の精度に優れた分流弁を提供することにある。

第１の発明による分流弁は、主通路、前記主通路に連通する入口通路、前記主通路に連通する第１出口通路および前記主通路に連通する第２出口通路が形成されたボディと、前記主通路の前記第１出口通路に通じる通路途中に設けられた第１シートと、前記主通路の前記第２出口通路に通じる通路途中に設けられた第２シートと、前記第１シートに対して当接離隔することで前記第１出口通路に通じる通路を開閉する第１弁体と、前記第２シートに対して当接離隔することで前記第２出口通路に通じる通路を開閉する第２弁体と、前記第１弁体および前記第２弁体のいずれか一方を開く側に他方を閉じる側に連動して移動させる弁体移動機構とを備えた分流弁において、前記主通路は、二つの大径部および前記大径部間の小径部を有し、前記入口通路が前記小径部に、前記第１出口通路が一方の前記大径部に、前記第２出口通路が他方の前記大径部に連通しており、前記弁体移動機構は、主通路の前記一方の大径部と前記小径部との間を開閉する第１弁体が一端部に固定され、前記第１弁体の開閉方向に沿って延びている第１弁棒と、前記主通路の前記他方の大径部と前記小径部との間を開閉する第２弁体が一端部に固定され、前記第２弁体の開閉方向に沿って延びている第２弁棒と、一端部が第１ベローズフランジに固定され、他端部が前記第１弁体に固定された第１ベローズと、一端部が第２ベローズフランジに固定され、他端部が前記第２弁体に固定された第２ベローズと、前記主通路外部に設けられ、前記第１弁棒および前記第２弁棒と接続した枠体と、前記枠体を前記第１弁体および前記第２弁体の開閉方向に移動させるアクチュエータとを備えていることを特徴とするものである。

この分流弁は、種々の用途に使用できるが、特に、流体として冷媒を使用して、温度制御に使用するのに適している。冷媒の供給には、例えばポンプが使用されることで、一定の流量が確保され、これを分流弁によって所定の割合で分流し、いずれか一方の分流分を温度制御に使用することで、適正な制御を行うことができる。

第１の発明の分流弁によると、主通路の一方の側の大径部と小径部との間が第１のシートとされ、主通路の他方の側の大径部と小径部との間が第１のシートに対向する第２のシートとされ、これらのシートをそれぞれ閉止する弁体と一体の弁棒を枠体で接続して、２ヶ所のシートを連動して一方を閉方向に、他方を開方向に作動させることにより、応答性がよく，正確な制御を行うことができる。

そして、アクチュエータによって枠体を主通路に沿って移動させることで、各出口通路からの流体流出量が所要の値に制御される。ここで、通常、ダイヤフラムが使用されているシール構造がベローズを使用したシール構造とされていることで、弁体のストローク量を大きくすることができ、流量制御の精度を優れたものとできる。

前記アクチュエータは、シリンダ本体およびシリンダロッドを有するシリンダであり、前記シリンダ本体は、スペーサを介して前記ボディに固定されていることが好ましい。

スペーサは、シリンダ本体をボディから所定距離離すためのもので、これにより、ボディ内の流体の温度がシリンダに対して悪影響を与える範囲（例えば－６０℃程度の低温）であっても、シリンダ本体の駆動機構を保護することができる。

前記第１弁体および前記第２弁体は、同一の形状とされる。このようにすることで、各弁体の開度によって合計流量が変化しないことが確保される。

前記第１弁体および前記第２弁体は、前記ボディと当接離間する面がテーパ形状であることが好ましい。このようにすることで、流量の細かい制御が可能となる。

前記第１弁体と前記ボディとの間および前記第２弁体と前記ボディとの間を流れる流体の流量特性がリニア特性であることが好ましい。リニア特性、すなわち、開度と流量とが比例する特性を持たせることで、各弁体の開度によって合計流量が変化しないことが確保される。

前記第１弁棒又は前記第２弁棒を挿通させる貫通孔を有し、前記第１ベローズフランジ又は記第２ベローズフランジを前記ボディに押し付けるプレートを備えており、前記プレートと前記第１弁棒又は前記第２弁棒との間に、シール部材が設けられていることが好ましい。

各プレートと各弁体との間および各プレートと各ベローズフランジとの間のシール部材（例えばＯリング）は、ボディ内の流体が外部に漏れることを防止するためには必要ないものであるが、大気が外部からボディ内に入ることを防止することができ、これにより、分流弁組立時の大気を封入して、封入した以上の大気が冷却されることによって結露または氷結する水分が増加することが防止される。

第２の発明による分流弁は、主通路、前記主通路に連通する入口通路、前記主通路に連通する第１出口通路および前記主通路に連通する第２出口通路が形成されたボディと、前記主通路の前記第１出口通路に通じる通路途中に設けられた第１シートと、前記主通路の前記第２出口通路に通じる通路途中に設けられた第２シートと、前記第１シートに対して当接離隔することで前記第１出口通路に通じる通路を開閉する第１弁体と、前記第２シートに対して当接離隔することで前記第２出口通路に通じる通路を開閉する第２弁体と、前記第１弁体および前記第２弁体のいずれか一方を開く側に他方を閉じる側に連動して移動させる弁体移動機構とを備え、前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が全開位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置が全閉位置にある開度０％の状態と、前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が全閉位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置が全開位置にある開度１００％の状態と、前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が所要の開位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置も所要の開位置にある中間開度の状態と、に切り替え可能とされている分流弁において、前記第１シートと前記第１弁体との間に形成される第１出口通路側のＣｖ値と前記第２シートと前記第２弁体との間に形成される第２出口通路側のＣｖ値との和に関して、前記中間開度の状態における両出口通路のＣｖ値の和が前記開度０％の状態および前記開度１００％の状態における両出口通路のＣｖ値の和以下になされていることを特徴とするものである。

第２の発明の分流弁によると、２つの出口通路のＣｖ値について、開度を０％から１００％まで変化させた際の両出口通路のＣｖ値の和に着目し、中間開度（開度が４０％とか５０％とかの状態）における両出口通路のＣｖ値の和が開度０％の状態または開度１００％の状態における両出口通路のＣｖ値の和以下にされることで、流量特性が開度と流量とがほぼ比例するものとなり、開度が０～１００％までの間の広範囲にわたって流量制御の精度を優れたものとできる。

上記において、Ｃｖ値は、開口面積に置き換えることができ、この発明の分流弁の特徴部分については、前記第１シートと前記第１弁体との間に形成される第１出口通路側開口面積と前記第２シートと前記第２弁体との間に形成される第２出口通路側開口面積との和に関して、中間開度の状態における両出口通路の開口面積の和が前記開度０％の状態および前記開度１００％の状態における両出口通路の開口面積の和以下になされているとすることもできる。

前記各弁体は、所定のテーパ角度を有し全閉時に前記各シートに当接する先細りの第１テーパ部と、第１テーパ部のテーパ角度よりも小さいテーパ角度を有し第１テーパ部の先端側に連なる先細りの第２テーパ部とを有していることが好ましい。

各弁体の形状をこのようにすることで、上記の開口面積およびＣｖ値を容易に得ることができる。

例えば流体として冷媒を使用して温度制御に使用するに際し、開度の変化量に対して流量が大きく変化したりわずかしか変化しない場合、流量制御が困難となるが、第２の発明の分流弁によると、その問題が解消されている。

第２の発明の分流弁において、前記主通路は、二つの大径部および前記大径部間の小径部を有し、前記入口通路が前記小径部に、前記第１出口通路が一方の前記大径部に、前記第２出口通路が他方の前記大径部に連通しており、前記弁体移動機構は、前記主通路の前記一方の大径部と前記小径部との間を開閉する前記第１弁体が一端部に固定され、前記第１弁体の開閉方向に沿って延びている第１弁棒と、前記主通路の前記他方の大径部と前記小径部との間を開閉する前記第２弁体が一端部に固定され、前記第２弁体の開閉方向に沿って延びている第２弁棒と、一端部が第１ベローズフランジに固定され、他端部が前記第１弁体に固定された第１ベローズと、一端部が第２ベローズフランジに固定され、他端部が前記第２弁体に固定された第２ベローズと、前記主通路外部に設けられ、前記第１弁棒および前記第２弁棒と接続した枠体と、前記枠体を前記第１弁体および前記第２弁体の開閉方向に移動させるエア作動のアクチュエータとを備えていることが好ましい。

このようにすると、弁体のストローク量を大きくすることができ、流量制御の精度をより優れたものとできる。

第２の発明の分流弁によると、弁体のストローク量が相対的に小さい従来の分流弁と組み合わせても、開度が０～１００％までの間の広範囲にわたって流量制御の精度を優れたものとできる。

第１の発明の分流弁によると、２ヶ所のシート（主通路の一方の側の大径部と小径部との間および主通路の他方の側の大径部と小径部との間）をそれぞれ閉止する弁体と一体の弁棒を枠体で接続して、２ヶ所のシートを連動して一方を閉方向に、他方を開方向に作動させることにより、応答性がよく，正確な制御を行うことができるとともに、ベローズを使用したシール構造とされていることにより、弁体のストローク量を大きくすることができ、流量制御の精度を優れたものとできる。

第２の発明の分流弁によると、流量特性が開度と流量とがほぼ比例するものとなり、開度が０～１００％までの間の広範囲にわたって流量制御の精度を優れたものとできる。

図１は、この発明による分流弁の第１実施形態を示す縦断面図（部分断面図）で、各通路の中心を通る位置での図である。図２は、この発明による分流弁の第１実施形態を示す縦断面図（部分断面図）で、図１から９０°回転した位置での図である。図３は、図１の要部を抜き出した図である。図４は、この発明による分流弁の第２実施形態を示す縦断面図で、図３に対応する図である。図５は、第１実施形態の弁体と第２実施形態の弁体とを比較して示す拡大縦断面図である。図６は、第２実施形態の弁体の形状を拡大して示す図である。図７は、第１実施形態の分流弁の流量特性を示す図である。図８は、第１実施形態の分流弁のＣｖ値を示す図である。図９は、第２実施形態の分流弁の流量特性を示す図である。図１０は、第２実施形態の分流弁のＣｖ値を示す図である。図１１は、従来の分流弁の流量特性を示す図である。

1：分流弁
2：ボディ
2a：第１シート
2b：第２シート
3：弁体移動機構
11：主通路
11a,11b：大径部
11c：小径部
12：入口通路
13：第１出口通路
14：第２出口通路
21：第１弁体
21b：第１テーパ部
21c：第２テーパ部
22：第１弁棒
23：第２弁体
23b：第１テーパ部
23c：第２テーパ部
24：第２弁棒
25：枠体
26：シリンダ（アクチュエータ）
28：第１ベローズ
29：第１ベローズフランジ
32：第２ベローズ
33：第２ベローズフランジ
71：第１弁体
71b：テーパ部
73：第２弁体
73b：テーパ部

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図１および図２の左右をいうものとし、上下は、図２の上下をいうものとする。

＜実施形態１＞
図１および図２は、この発明による分流弁の第１実施形態を示している。

第１実施形態の分流弁1は、所要の流体通路（主通路11、入口通路12、第１出口通路13および第２出口通路14）が形成された直方体状のボディ2と、流体通路11,12,13,14の開閉を行うために第１弁体72および第２弁体73を一体で移動させる弁体移動機構3とを備えている。

この分流弁1は、入口通路12から流入した流体を所定の割合で２つの出口通路13,14から流出させるとともに、両出口通路13,14から流出する流体の流量を所定の割合に調整する。

主通路11は、左右にのびる直線状をなしており、左右の大径部11a,11bと、中央の小径部11cとからなる。入口通路12は、主通路11の小径部11cに下方から直交するように設けられている。第１出口通路13は、主通路11の左の大径部11aの右端部に上方から直交するように設けられている。第２出口通路14は、主通路11の右の大径部11bの左端部に上方から直交するように設けられている。

主通路11の左の大径部11aは、ボディ2の左面に開口しており、主通路11の右の大径部11bは、ボディ2の右面に開口している。

入口通路12の下部、第１出口通路13の上部および第２出口通路14の上部には、それぞれ、継手接続部となるめねじ部12a,13a,14aが形成されている。

主通路11の左の大径部11aの右端部に、主通路11の左の大径部11aと小径部11cとの間（第１シート2a）を開閉する第１弁体72が配されている。また、主通路11の右の大径部11bの左端部に、主通路11の右の大径部11bと小径部11cとの間（第２シート2b）を開閉する第２弁体73が配されている。

弁体移動機構3は、第１弁体72に一体に設けられて第１弁体72の左面から左方にのびる第１弁棒22と、第２弁体73に一体に設けられて第２弁体73の右面から右方にのびる第２弁棒24と、第１弁棒22と第２弁棒24とを接続する枠体25と、枠体25を左右に移動させるアクチュエータ26と、枠体25を左方に付勢する圧縮コイルばね（付勢部材）27とを備えている。

各通路11,12,13,14は、入口通路12の中心線に対して対称に形成されており、各弁体72,73および各弁棒22,24は、同一形状とされて、入口通路12の中心線に対して対称に配置されている。

ボディ2は、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）製とされ、各弁体72,73のシートに当接する部分（ディスクパッキン）も、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３１６Ｌ）製とされる。各弁体72,73のシート2a,2bに当接する部分は、樹脂製であってもよい。

第１弁棒22の左部は、第１弁体72の開閉方向に沿って延びてボディ2の左面よりも左方に突出させられており、第２弁棒24の右部は、第２弁体73の開閉方向に沿って延びてボディ2の右面よりも右方に突出させられている。

第１弁棒22の右部の外径側には、第１ベローズ28が配されている。第１ベローズ28の右端は、第１弁体72の左面に固定されており、第１ベローズ28の左端は、第１ベローズフランジ29に固定されている。第１ベローズフランジ29は、第１弁棒22の左部に嵌め入れられて、ボディ2の左面に当接させられている。第１ベローズフランジ29の左面には、第１弁棒22を挿通させる貫通孔が設けられた左プレート30が当てられており、ボルト31によって、ボディ2に固定されている。

第２弁棒24の左部の外径側には、第２ベローズ32が配されている。第２ベローズ32の左端は、第２弁体73の右面に固定されており、第２ベローズ32の右端は、第２ベローズフランジ33に固定されている。第２ベローズフランジ33は、第２弁棒24の右部に嵌め入れられて、ボディ2の右面に当接させられている。第２ベローズフランジ33の右面には、第２弁棒24を挿通させる貫通孔が設けられた右プレート34が当てられており、ボルト31によって、ボディ2に固定されている。

各ベローズ28,32は、各弁体72,73の左右方向の移動に伴って変形するとともに、流体の外部への漏れを防止する。

各ベローズ28,32は、金属製とされ、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）やコバルト系合金、ニッケル系合金、銅基合金等により形成される。ベローズとしては、金属素材で筒を作り、その内側から圧力をかけて外径となる山を成型した成型ベローズや、精密に波付きプレスしたディスク状の薄肉金属板を、内縁・外縁を交互に溶接しながらつなぎ合わせて製作される溶接ベローズなどが適宜使用される。

各ベローズフランジ29,33とボディ2との間には、流体の漏れを防止するためのガスケット51が配置されている。

また、各プレート30,34と各弁棒22,24との間に、Ｏリング52が設けられており、各プレート30,34と各ベローズフランジ29,33との間にも、Ｏリング53が設けられている。これらのＯリング（シール部材）52,53は、流体の漏れを防止するためではなく、分流弁1組立時に、大気を封入し、外部から大気がボディ2内に入ることを防止するためのものである。

枠体25は、図２に示すように、中央部が第１弁棒22の左端部に取り付けられた左板部35と、中央部が第２弁棒24の右端部に取り付けられた右板部36と、左板部35の上縁と右板部36の上縁とを接続する上軸部37と、左板部35の下縁と右板部36の下縁とを接続する下軸部38とからなる。

上軸部37および下軸部38は、ボディ2を貫通しており、ボディ2の左右端部と各軸部37,38との間には、大気の流入を防止するためのＯリング54が配置されている。

各板部35,36の上縁部には、貫通孔35a,36aが設けられており、この貫通孔35a,36aに上軸部37の左右端部が挿通されている。上軸部37の各板部35,36よりも突出した部分に、おねじ37a,37bが設けられており、このおねじ37a,37bにナット39がねじ合わされることで、枠体25の各板部35,36の上縁部と上軸部37とが結合されている。同様に、各板部35,36の下縁部には、貫通孔35b,36bが設けられており、この貫通孔35b,36bに下軸部38の左右端部が挿通されている。下軸部38の各板部35,36よりも突出した部分に、おねじ38a,38bが設けられており、このおねじ38a,38bにナット39がねじ合わされることで、枠体25の各板部35,36の下縁部と下軸部38とが結合されている。

左板部35の上下の中央には、貫通孔35cが設けられており、この貫通孔35cに第１弁棒22の左端部が挿通されている。第１弁棒22の左板部35よりも左方に突出した部分に、おねじ22aが設けられており、このおねじ22aにナット40がねじ合わされることで、枠体25の左板部35と第１弁棒22とが結合されている。同様に、右板部36の上下の中央には、貫通孔36cが設けられており、この貫通孔36cに第２弁棒24の右端部が挿通されている。第２弁棒24の右板部36よりも右方に突出した部分に、おねじ24aが設けられており、このおねじ24aにナット40がねじ合わされることで、枠体25の右板部36と第２弁棒24とが結合されている。

ボディ2の左面の対角位置にある角部には、左方にのびる２本の棒状のスペーサ41が設けられている。アクチュエータ26は、エアシリンダであり、スペーサ41の左端部に支持されているシリンダ本体42と、シリンダ本体42から右方にのびて左右移動するシリンダロッド43とを有している。シリンダロッド43の右端部は、第１弁棒22の左端面に臨まされている。

ボディ2の右方には、圧縮コイルばね27を収めるケーシング44が配されている。ケーシング44は、左右方向の中心線を有する円筒状の周壁45と、周壁45の右端開口を閉鎖する右壁46とを有しており、周壁45の左端部に形成されたフランジ部45aがボディ2の右面に六角孔付きボルト47で固定されている。圧縮コイルばね27は、中心線周りに複数（例えば３つ）配されており、第２弁棒24の右端部に平行ピン48で固定された左ばね受け49と、ケーシング44の周壁45の左面で受けられた右ばね受け50とによって保持されている。

圧縮コイルばね27は、第２弁棒24およびこれと一体の枠体25を左向きに付勢しており、これにより、アクチュエータ26の非作動時には、第２弁体73が主通路11の右の大径部11bと小径部11cとの間を閉じるようになされている。アクチュエータ26を作動させると、第１弁棒22およびこれと一体の枠体25を圧縮コイルばね27に抗して右向きに移動させることができ、これにより、第２弁体73が主通路11の右の大径部11bと小径部11cとの間を開くようになり、シリンダロッド43の移動量を制御することで、第２出口通路14からの流体の流量を制御することができる。すなわち、１台のエアシリンダ（アクチュエータ）26で第１出口通路13側（例えば冷媒循環側）および第２出口通路14側（例えば温度制御側）の通路の開度を制御でき、第１出口通路13からの流体の流出量と第２出口通路14からの流体の流出量との比（分流比）を制御することができ、入口通路12からの流体（冷媒）の流入量が一定であれば、第１出口通路13からの流体の流出量および第２出口通路14からの流体の流出量を制御することができる。

ケーシング44の右壁46には、ナット55が固定されており、ナット55には、外周面におねじが形成された調整ねじ56が軸方向に移動可能にねじ合わされている。調整ねじ56の左端面は、右ばね受け50の右面に当接させられており、調整ねじ56を左側にねじ込んでいくかまたは右側にねじ戻すことで圧縮コイルばね27の弾性力を変化させることができ、これにより、第２弁棒24およびこれと一体の枠体25を左向きに付勢する付勢力が調整可能とされている。

分流弁1は、例えば、急速な温度設定が必要とされる冷却装置のような機器において、常時循環している冷媒配管系から冷媒を送る量を制御するために、冷媒の分流制御を行う用途で使用される。この場合、一方の出口通路（例えば第２出口通路14）からの冷媒が温度制御に使用され、他方の出口通路（例えば第１出口通路13）からの冷媒は、循環させられて再使用される。そして、温度制御機器部分の温度をモニターして、機器に流れる冷媒の流量を電空変換レギュレータを使用して、エア作動のアクチュエータ26に供給して制御を行う。

弁体72,73は、図３に拡大して示しているように、円柱状部72a,73aとこれに連なる先細りのテーパ部72b,73bとからなるものとされている。

第１実施形態の分流弁1の流量特性を図７に示す。図７と図１１との比較から、第１実施形態の分流弁1によると、バルブ開度の変化に対して流量が徐々に変化していることが分かる。

すなわち、急速な温度設定が必要な冷却装置を実現するには、温度設定のため冷媒の流量を応答性良く，正確に制御する必要があるが、第１実施形態の分流弁1によると、流体の外部への漏れを防止するのにベローズ28,32が使用されていることで、ダイヤフラムを使用しているものに比べて、弁体72,73の移動のストローク（作動リフト）が大きくなり、これにより、分流比の制御精度を向上することができる。

図７の流量特性によると、図１１の流量特性に比べると、大きく改善されているが、中央付近ではリニアな制御ができていないという改善余地がある。しかし、初動時が急激なオンオフではないのであれば、中央付近ではさほどリニアな制御を必要としない機器では十分使用することが可能である。

なお、上記分流弁1によると、ベローズ28,32を金属製（例えばステンレス鋼製）とすることで、使用圧力及び使用ストローク内では、繰り返し疲労限度応力以下で耐久性に優れたものとできる。

また、低温（例えば－６０℃）の冷媒を使用する場合、弁体摺動部分の大気が結露して氷結することが問題となりうるが、Ｏリング52,53でシールすることで、組立て時の大気条件を封入しているので、各弁棒22,24の摺動部分の大気が結露して氷結することが防止される。

＜実施形態２＞
本実施形態２の発明は、本第２発明に係る分流弁である。この分流弁１は、実施形態１に係る分流弁１と弁体72,73,21,23の構造が異なる以外は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。

図４は、第２実施形態の弁体21,23を拡大して示している。弁体21,23は、円柱状部21a,23aと、円柱状部21a,23aに連なる先細りの第１テーパ部21b,23bと、第１テーパ部21b,23bに連なる先細りの第２テーパ部21c,23cとからなる。第２テーパ部21c,23cのテーパ角度は、第１テーパ部21b,23bのテーパ角度よりも小さくなされている。

図５に示すように、二点鎖線で示す第１実施形態の弁体73は、そのテーパ部73bがシート2bに強く当接することで、全閉状態が得られるようになっているのに対し、実線で示す第２実施形態の弁体23の第１テーパ部23bと第２テーパ部23cとの境界（変曲点）部分における径が弁座2bの径に等しくなされていて、第２実施形態では、第１テーパ部21b,23bの外周面と第２テーパ部21c,23cの外周面との境界（変曲点）部分が対応するシート2a,2bに強く当接することで、全閉状態が得られるようになっている。

第２弁体23は、第１弁体21と同じ形状とされ、各テーパ部21b,23b,21c,23cのテーパ角度ＡおよびＢは、後述するように、Ｃｖ値を最適化するように適宜設定されるが、図６において、第１テーパ部21b,23bのテーパ角度Ａは、例えば４０～８０°（但し、シート２ａ、２ｂの角度よりも小さく設定する。）の範囲とし、第２テーパ部21c,23cのテーパ角度Ｂは、例えば１～４０°の範囲とすることが好ましい。なお、テーパ角度Ｂは０°（第２テーパ部を円柱状）とすることもできる。

テーパ角度が小さい第２テーパ部21c,23cがあることにより、弁体21,23の移動に伴う開口面積の変化は、本実施形態２では第２テーパ部21c,23cとシート2a,2bとの間に形成される開口面積の変化となり、テーパ部72b,73bとシート2a,2bとの間に形成される開口面積の変化となる第１実施形態の弁体72,73に比べて、その変化が緩やかになる。

図８のグラフは、第１実施形態の弁体72,73を使用した分流弁1について、Ｃｖ値を解析した結果を示している。同図において、横軸には開度（％）が採られており、縦軸には、第１出口通路側のＣｖ値、第２出口通路側のＣｖ値、および第１出口通路側のＣｖ値と第２出口通路側のＣｖ値との合算Ｃｖ値がそれぞれ示されている。なお、横軸は、便宜上弁体72,73の弁座2a,2bに対する開度で表しているが、実際は弁体72,73を動作させるアクチュエータの操作圧力（０～０．５ＭＰａ）であり、そのためＣｖ値の立ち上がりが開度２０％（操作圧力０．１ＭＰａ）となっている。開度０～２０％（操作圧力０～０．１ＭＰａ）及び開度８０～１００％（操作圧力０．４～０．５ＭＰａ）のＣｖ値の無反応領域は、バネ荷重やアクチュエータ出力を見直すことで減少させることが可能であるが、シートリーク発生とのトレードオフとなるため本実施形態においては、上記無反応領域を残している。実施形態１の開度とＣｖ値を表した図８によると、第１出口通路側のＣｖ値および第２出口通路側のＣｖ値の最大値が０．６程度であるのに対し、合算Ｃｖ値が中央開度付近で０．６よりも大きくなっており、第１出口通路13および第２出口通路14からの流出量が両方で大きくなっていることが分かる。これと流量特性を表した図７とを合わせると、中央開度付近の合算Ｃｖ値が各出口通路側のＣｖ値の最大値より大きくなっていることで、中央開度付近での流量特性がフラットとなっており、分流制御が困難な範囲ができていることが分かる。

図９および図１０のグラフは、第２実施形態の弁体21,23を使用した分流弁1について、流量特性とＣｖ値とを求めたもので、図９が図７に、図１０が図８にそれぞれ対応している。

図１０のグラフによると、第２実施形態の弁体21,23を使用することで、分流弁1の中央開度付近での合算Ｃｖ値が０．６よりも小さくなっており、この点で、中央開度付近でＣｖ値が０．６よりも大きくなっている図８のグラフとなる第１実施形態の弁体71,72を使用したものと相違している。

図９のグラフによると、第２実施形態の弁体21,23を使用した分流弁1では、図１０のＣｖ値としたことで、開度に比例して、ほぼリニアに流量が変化しており、図８のグラフとなる第１実施形態の弁体71,72を使用したものに比べると、中央開度付近での流量特性の変化量が大きくなるとともに、両側（立ち上がり部分）での流量特性の変化量が小さくなっており、図７に示されている中央開度付近（開度３０～６０％）がややフラットで、両側（開度１５～２５％および開度６０～７０％）がやや急激に変化するという問題が解消している。

Ｃｖ値は、バルブの容量係数の１つであり、所定の式によって求められる。上記の解析によると、第１出口通路側Ｃｖ値と第２出口通路側Ｃｖ値との和に関して、中間開度の状態における両出口通路のＣｖ値の和が開度０％の状態および開度１００％の状態における両出口通路のＣｖ値の和以下になされていることにより、開度に比例して、ほぼリニアに流量を変化させることができることが分かる。

Ｃｖ値は、開口面積と比例関係にあり、Ｃｖ値をシート2a,2bの内径とテーパ部21b,21c23b,23cの外径とを使って求めた開口面積に置き換えることができる。すなわち、第１シート2aと第１弁体21との間に形成される第１出口通路側開口面積と第２シート2bと第２弁体23との間に形成される第２出口通路側開口面積との和に関して、中間開度の状態における開口面積の和が開度０％の状態および開度１００％の状態における開口面積の和以下になされていることにより、開度に比例して、ほぼリニアに流量を変化させることができる。

すなわち、上記第２実施形態の分流弁1によると、開度に比例して、ほぼリニアに流量を変化させることができるので、流量が０から最大に至るどの範囲であっても、精度よく流量制御を行うことができる。

なお、第２実施形態の弁体21,23は、図１および図２に示した分流弁に置き換え可能なだけでなく、種々の分流弁の弁体に置き換え可能であることはもちろんである。

この発明によると、分流弁の流量制御の精度を優れたものとできるので、分流弁を使用して行う温度制御などの精度向上に寄与できる。

Claims

主通路、前記主通路に連通する入口通路、前記主通路に連通する第１出口通路および前記主通路に連通する第２出口通路が形成されたボディと、前記主通路の前記第１出口通路に通じる通路途中に設けられた第１シートと、前記主通路の前記第２出口通路に通じる通路途中に設けられた第２シートと、前記第１シートに対して当接離隔することで前記第１出口通路に通じる通路を開閉する第１弁体と、前記第２シートに対して当接離隔することで前記第２出口通路に通じる通路を開閉する第２弁体と、前記第１弁体および前記第２弁体のいずれか一方を開く側に他方を閉じる側に連動して移動させる弁体移動機構とを備えた分流弁において、
前記主通路は、二つの大径部および前記大径部間の小径部を有し、前記入口通路が前記小径部に、前記第１出口通路が一方の前記大径部に、前記第２出口通路が他方の前記大径部に連通しており、
前記弁体移動機構は、主通路の前記一方の大径部と前記小径部との間を開閉する第１弁体が一端部に固定され、前記第１弁体の開閉方向に沿って延びている第１弁棒と、
前記主通路の前記他方の大径部と前記小径部との間を開閉する第２弁体が一端部に固定され、前記第２弁体の開閉方向に沿って延びている第２弁棒と、
一端部が第１ベローズフランジに固定され、他端部が前記第１弁体に固定された第１ベローズと、
一端部が第２ベローズフランジに固定され、他端部が前記第２弁体に固定された第２ベローズと、
前記主通路外部に設けられ、前記第１弁棒および前記第２弁棒と接続した枠体と、
前記枠体を前記第１弁体および前記第２弁体の開閉方向に移動させるアクチュエータとを備え、
前記第１弁棒又は前記第２弁棒を挿通させる貫通孔を有し、前記第１ベローズフランジ又は前記第２ベローズフランジを前記ボディに押し付けるプレートを備えており、前記プレートと前記第１弁棒又は前記第２弁棒との間に、シール部材が設けられていることを特徴とする分流弁。
前記アクチュエータは、シリンダ本体およびシリンダロッドを有するシリンダであり、前記シリンダ本体は、スペーサを介して前記ボディに固定されていることを特徴とする請求項１の分流弁。
前記第１弁体および前記第２弁体は、同一の形状であることを特徴とする請求項１乃至２の分流弁。
前記第１弁体および前記第２弁体は、前記ボディと当接離間する面がテーパ形状であることを特徴とする請求項１乃至３に記載の分流弁。
前記第１弁体と前記ボディとの間および前記第２弁体と前記ボディとの間を流れる流体の流量特性がリニア特性であることを特徴とする請求項１乃至４に記載の分流弁。
主通路、前記主通路に連通する入口通路、前記主通路に連通する第１出口通路および前記主通路に連通する第２出口通路が形成されたボディと、前記主通路の前記第１出口通路に通じる通路途中に設けられた第１シートと、前記主通路の前記第２出口通路に通じる通路途中に設けられた第２シートと、前記第１シートに対して当接離隔することで前記第１出口通路に通じる通路を開閉する第１弁体と、前記第２シートに対して当接離隔することで前記第２出口通路に通じる通路を開閉する第２弁体と、前記第１弁体および前記第２弁体のいずれか一方を開く側に他方を閉じる側に連動して移動させる弁体移動機構とを備え、
前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が全開位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置が全閉位置にある開度０％の状態と、前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が全閉位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置が全開位置にある開度１００％の状態と、前記第１シートに対する前記第１弁体の位置が所要の開位置にあって、前記第２シートに対する前記第２弁体の位置も所要の開位置にある中間開度の状態と、に切り替え可能とされている分流弁において、
前記第１シートと前記第１弁体との間に形成される第１出口通路側のＣｖ値と前記第２シートと前記第２弁体との間に形成される第２出口通路側のＣｖ値との和に関して、前記中間開度の状態における両出口通路のＣｖ値の和が前記開度０％の状態および前記開度１００％の状態における両出口通路のＣｖ値の和以下になされていることを特徴とする分流弁。
前記各弁体は、所定のテーパ角度を有し全閉時に前記各シートに当接する先細りの第１テーパ部と、第１テーパ部のテーパ角度よりも小さいテーパ角度を有し第１テーパ部の先端側に連なる先細りの第２テーパ部とを有していることを特徴とする請求項６の分流弁。
前記主通路は、二つの大径部および前記大径部間の小径部を有し、前記入口通路が前記小径部に、前記第１出口通路が一方の前記大径部に、前記第２出口通路が他方の前記大径部に連通しており、
前記弁体移動機構は、前記主通路の前記一方の大径部と前記小径部との間を開閉する前記第１弁体が一端部に固定され、前記第１弁体の開閉方向に沿って延びている第１弁棒と、前記主通路の前記他方の大径部と前記小径部との間を開閉する前記第２弁体が一端部に固定され、前記第２弁体の開閉方向に沿って延びている第２弁棒と、一端部が第１ベローズフランジに固定され、他端部が前記第１弁体に固定された第１ベローズと、一端部が第２ベローズフランジに固定され、他端部が前記第２弁体に固定された第２ベローズと、前記主通路外部に設けられ、前記第１弁棒および前記第２弁棒と接続した枠体と、前記枠体を前記第１弁体および前記第２弁体の開閉方向に移動させるエア作動のアクチュエータとを備えていることを特徴とする請求項６または７の分流弁。