JP7360247B2 - 多孔可変オリフィス弁 - Google Patents

Description

この発明は、上下水道、工業用水、農業用水、水力発電用水、熱風弁の冷却水等の液体などの輸送用配管に設けられる多孔可変オリフィス弁に関するものである。

この種の多孔可変オリフィス弁は、図４に示すように、弁箱１内に、流路断面に沿う複数のポート２ａを有する固定多孔弁板２と、この固定多孔弁板２の各ポート（孔）２ａに対応する複数のオリフィス（孔）３ａを有し、固定多孔弁板２の各ポート２ａを閉塞する位置と開放する位置とに亘って移動自在に設けた可動オリフィス弁板３とを備える。
その可動オリフィス弁板３に弁棒４が設けられ、この弁棒４がカップリング５を介して電動機６等に連結されている。このため、電動機６を駆動させることによって弁棒４が昇降し、その昇降に伴って可動オリフィス弁板３も昇降して固定多孔弁板２の各ポート２ａと可動オリフィス弁板３のオリフィス３ａとの対応関係が変化する。この両孔２ａ、３ａの対応度合（弁棒４の昇降度合）により、この多孔可変オリフィス弁Ｖ’の流通面積が調整されて水流量が連続的に調節される。この調整は、増減圧にもなって流通圧力の調整でもある（特許文献１第１図～第５図参照）。
図中、７はオリフィス３ａ全体に水等の流体ｗを流すための窪みである。

この従来の多孔可変オリフィス弁Ｖ’の多くは、固定多孔弁板２と可動オリフィス弁板３との２枚の弁板によって流量（圧力）調節を行なっているが（特許文献１参照）、その弁板を３枚にした技術がある（特許文献２参照）。この技術は、可動オリフィス弁板の両側にそれぞれ固定多孔弁板を設けたものである。

実開平０２－１２４３７６号公報 実開平０７－２９３６６号公報 特開２０１４－２３４８７６号公報 実開平０２－９８２７２号公報

上記２枚の弁板２、３を有する多孔可変オリフィス弁Ｖ’は、固定多孔弁板２と可動オリフィス弁板３の各孔２ａ、３ａの重なりによって作られる開口部で水力（水量）を調整する。その調整は、弁棒４の昇降に伴う可動オリフィス弁板３の上下動のみによって行っているから、前記開口部の開口調整（大きさ）度合いは、固定多孔弁板と可動オリフィス弁板の各孔２ａ、３ａの重なり度合いでしか調整できず、微小な流量調整が困難である。

また、３枚の弁板を有する多孔可変オリフィス弁は、可動オリフィス弁板の両側に固定多孔弁板を設けてその両側の固定多孔弁板の各孔はそれぞれ同一軸上（同一位置）になっている。このため、同様に、２枚の固定多孔弁板と可動オリフィス弁板の各孔の重なりによって作られる開口部で水力を調整する。このとき、その調整は、弁棒の昇降に伴う一の可動オリフィス弁板の上下動のみによって行っているから、上記開口部の開口調整度合いは、両側の固定多孔弁板の同一軸上にある各ポートと可動オリフィス弁板の各オリフィス（孔）の重なり度合いでしか調整できず、その微小な流量調整が困難である（特許文献２参照）。

この発明は、以上の実状の下、微調整が可能な多孔可変オリフィス弁を提供することを課題とする。

上記課題を達成するため、この発明は、可動オリフィス弁板を２枚以上設けることとしたのである。
可動オリフィス弁板が２枚以上あれば、その各可動オリフィス弁板の個々の独立した動きによって流通量を調節し得るので、その流通量の微調整が可能である。

具体的には、流路断面に沿う複数のポートを有する固定多孔弁板と、この固定多孔弁板の各ポートに対応する複数のオリフィスを有し、固定多孔弁板の各ポートを閉塞する位置と開放する位置とに亘って移動自在に設けた２枚以上の可動オリフィス弁板とを、弁箱内にその中心軸方向に並列し重ねて設け、各可動オリフィス弁板をそれぞれ弁箱外から操作可能として固定多孔弁板及び複数の可動オリフィス弁板により流量を調整する構成を採用したのである。

上記各可動オリフィス弁板の移動方向は任意であるが、可動オリフィス弁板が２枚であれば、その移動方向を同一方向とすることが容易であり、例えば、主軸とその中の副軸による２重管構造の弁軸構造などにすれば、コンパクト化を図ることができる。
一方、各可動オリフィス弁板は移動方向を異ならせれば、弁軸構造も簡単となり（下記実施形態参照）、多孔固定弁板のポートと可動オリフィス弁板のオリフィスとの重なり度合いが細かくなってより細かな微調節を行うことができる。このとき、可動オリフィス弁板を２枚とし、その両可動オリフィス弁板の移動方向を直交するようにすれば、固定多孔弁板のポートに対する２枚の可動オリフィス弁板のオリフィスの重なり度合いが単純となって、流通面積の微調整が容易である。

この発明は、以上のように、可動オリフィス弁板を２枚以上としたので、微調整が可能な多孔可変オリフィス弁となる。また、微調整が可能な多段減圧性能を有するものとなる。

この発明に係る多孔可変オリフィス弁の一実施形態の概略正面図 同実施形態の切断側面図 同実施形態の各作用説明図 従来の多孔可変オリフィス弁の一例の部分切断斜視図

この発明に係る多孔可変オリフィス弁Ｖの一実施形態を図１～図３に示し、この多孔可変オリフィス弁Ｖは、図１、図２に示すように、鋳鋼製弁箱１１内に、流路断面に沿う複数のポート１２ａを有するステンレス鋼製固定多孔弁板１２と、この固定多孔弁板１２の各ポート（孔）１２ａに対応する複数のオリフィス（孔）１３ａ、２３ａを有し、固定多孔弁板１２の各ポート１２ａを閉塞する位置と開放する位置とに亘って移動自在に重ねて設けた二枚のステンレス鋼製可動オリフィス弁板１３、２３とを備える。

この発明に係る実施形態の特徴は、二枚の可動オリフィス弁板１３、２３を設け、この可動オリフィス弁板１３、２３のそれぞれに電動機６（図４参照）を付設した点である。
その二枚の可動オリフィス弁板１３、２３と固定多孔弁板１２は弁箱１１の中心軸方向ｏに順々に並んでいる（並列している）。
また、固定多孔弁板１２と２枚の可動オリフィス弁板１３、２３の対応する（図２、図３（ｃ）で示す開弁したとき、同一軸上となる）ポート１２ａとオリフィス１３ａ、２３ａは同一大きさ（同一径）とされている。そのポート１２ａとオリフィス１３ａ、２３ａの各孔径は流通断面中心のポート１２ａ及びオリフィス１３ａ、２３ａの孔径に比べて外側のポート１２ａ及びオリフィス１３ａ、２３ａが小さく設定されている（図１参照）。その径変化度合も徐々であったり、段階的であったりと、キャビテーションの生じる度合を考慮し、実験等によって適宜に決定する。

なお、多孔可変オリフィス弁Ｖが全閉の状態をなし得る場合、各ポート１２ａの間にオリフィス１３ａ、２３ａの少なくとも一方が隠れるように設定する。すなわち、中心軸方向ｏにおいて、固定多孔弁板１２によって、少なくとも一方の可動オリフィス弁板１３又は２３のオリフィス１３ａ又は２３ａが完全に塞がれるように設定する（図３（ａ）、同（ｂ）参照）。また、便宜上、弁箱１１の中心軸方向と固定多孔弁板１２のポート１２ａの中心を符号「ｏ」とし、弁軸１４、２４の中心軸と可動オリフィス弁板１３又は２３のオリフィス１３ａ又は２３ａの中心を符号「ｃ、ｃ’」としている。

両可動オリフィス弁板１３、２３の上下方向又は左右方向の中心軸ｃ、ｃ’上に弁棒１４、２４が設けられ、一方の弁棒１４は上下方向に、他方の弁棒２４は左右方向（水平方向）とされてそれぞれカップリング５を介して電動機６等に連結されている。すなわち、両弁棒１４、２４は９０度の角度θをもっている。なお、この角度θは、９０度以外にも、この弁Ｖの設置場所や電動機等の設置スペース等を考慮して、例えば、６０度、４５度などと任意・適宜に設定する。両弁棒１４、２４は、その膨出した端部１４ａ、２４ａを可動オリフィス弁板１３、２３の嵌合孔１３ｂ、２３ｂに嵌め込むことによって各可動オリフィス弁板１３、２３と連結されている。なお、図１～図３において、図４と同一符号は同一物を示す。

この実施形態の多孔可変オリフィス弁Ｖは以上の構成であり、いま、電動機６等によって弁棒１４、２４を昇降・左右動すると、可動オリフィス弁板１３、２３も昇降・左右動（図３（ａ）、（ｂ）の鎖線矢印参照）して固定多孔弁板１２の各ポート１２ａと可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａとの対応関係が変化する。この各孔１２ａ、１３ａ、２３ａの対応度合（弁棒１４、２４の昇降・左右動度合）により、この多孔可変オリフィス弁Ｖの流通面積が調整されて流量が連続的に調節される。

すなわち、図３（ｃ）に示すように、固定多孔弁板１２の各ポート１２ａと両可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａのそれぞれの軸心が一致していると（ポート１２ａの軸心oと同一軸心であると）、この多孔可変オリフィス弁Ｖの全開状態であって、その各両孔１２ａ、１３ａ、２３ａの大きさの流通面積からなる流量の水ｗが流通する。

一方、図３（ｄ）に示すように、両可動オリフィス弁板１２、２３のオリフィス１３ａ、２３ａが固定多孔弁板１２の各ポート１２ａから完全に外れると、可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａは固定多孔板１２に完全に塞がれて、この多孔可変オリフィス弁Ｖは閉弁する。

つぎに、弁棒１４、２４が上昇及び右動し、その移動量が同じであると、図３（ｅ）破線で示すように、その上昇・右動に伴って両可動オリフィス弁板１２、２３が上昇・右動して固定多孔弁板１２の各ポート１２ａと可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａの軸心がズレて、ポート１２ａと前後のオリフィス１３ａ、２３ａによって形成される流通孔は、同図３（ｅ）の実線による斜線部分の面積Ｓ_１の開口度となる。

また、同図鎖線で示すように、可動オリフィス弁板２３の右動が少ないと、ポート１２ａと前後のオリフィス１３ａ、２３ａによって形成される流通孔は、その面積Ｓ_１より図３（ｅ）の鎖線による斜線部分の面積Ｓ_２だけ大きい開口度となる（Ｓ_１+Ｓ_２）。
この弁棒２４の左右動による流通面積の変化は、弁棒１４の昇降に伴うオリフィス１３ａの昇降によっても同様な流量変化を得ることができる。

このように、弁棒１４、２４の昇降及び左右の移動量に基づく、固定多孔弁板１２に対する両可動オリフィス弁板１３、２３の昇降量・左右移動量によって、それらのポート１２ａ及びオリフィス１３ａ、２３ａの連通する開口度が変化し、その開口面積に応じた水ｗの流通量となる。その変化度合いは、両可動オリフィス弁板１２、２３の昇降・左右の移動度合いによって複雑に（細かく）なる。このため、実験などによって、可動オリフィス弁板１２、２３の昇降・左右の移動量に対応して流通量がどのように変化するかを計測し、その計測値に基づいて、所要の流通量になるように前記昇降・左右の移動量を設定する。

このθ：９０度の実施形態の両可動オリフィス弁板１３、２３は、上下方向と左右方向に移動するため、固定多孔弁板１２のポート１２ａに対する２枚の可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａの重なり度合いが角度θ：９０度以外の場合に比べて単純となって、流通面積の微調整が容易である。

なお、この多孔可変オリフィス弁Ｖは、図３（ｄ）に示す、可動オリフィス弁板１３、２３が上昇及び右動した閉弁限界状態でも、全閉されずに所要の流量が流れるようにすることができる。その閉弁限界状態でも一定流量が流れるようにする手段としては、弁棒１４、２４を最大限上昇・右動させた際、固定多孔弁板１２の各ポート１２ａと可動オリフィス弁板１３、２３のオリフィス１３ａ、２３ａが同一径の円孔であっても完全には塞がらないようにしたり、ポート１２ａとオリフィス１３ａ、２３ａの形状を、例えば、前者を楕円形、後者を円形等と異ならせて両者が何れの位置にあっても重なる部分（閉塞されない部分）が存在するようにしたり等とする（特許文献３、明細書段落００２７、図３（ｂ）参照）。

上記可動オリフィス弁板１３、２３の数は、２枚に限らず、３枚、４枚と２枚以上であれば、任意であり、その並列順序も、可動オリフィス弁板１３、固定多孔弁板１２、可動オリフィス弁板２３のように、固定多孔弁板１２の両側に可動オリフィス弁板１３、２３があったり、と任意である。
また、両可動オリフィス弁板１３、２３は共に上下方向に移動可能とすることができる。この場合は、例えば、特許文献４第１図等で示す、主軸とその中の副軸による２重管構造の弁軸構造などとする。
さらに、上記実施形態は、流体が水ｗの場合であったが、水以外の液体やガス等の気体においてもこの発明に係る多孔可変オリフィス弁は採用し得ることは勿論である。
このように、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１、１１ 弁箱
２、１２ 固定多孔弁板
２ａ、１２ａ 固定多孔弁板のポート（孔）
３、１３、２３ 可動オリフィス弁板
３ａ、１３ａ、２３ａ 可動オリフィス弁板のオリフィス（孔）
４、１４、２４ 弁棒（弁軸）
５ カップリング
６ 電動機
Ｖ、Ｖ’ 多孔可変オリフィス弁
ｗ 流体（水）
ｓ_１、ｓ_２ 流通面積

Claims (4)

1. 流路断面に沿う複数のポート（１２ａ）を有する固定多孔弁板（１２）と、この固定多孔弁板（１２）の各ポート（１２ａ）に対応する複数のオリフィス（１３ａ、２３ａ）を有し、前記固定多孔弁板（１２）の各ポート（１２ａ）を閉塞する位置と開放する位置とに亘って移動自在に設けた２枚以上の可動オリフィス弁板（１３、２３）とを、弁箱（１１）内にその中心軸（ｏ）方向に並列し重ねて設け、前記各可動オリフィス弁板（１３、２３）をそれぞれ前記弁箱（１１）外から操作可能として前記固定多孔弁板（１２）及び複数の可動オリフィス弁板（１３、２３）により流量を調整する多孔可変オリフィス弁。
2. 上記可動オリフィス弁板（１３，２３）が２枚であって、その移動方向を同一方向とした請求項１に記載の多孔可変オリフィス弁。
3. 上記各可動オリフィス弁板（１３，２３）の移動方向を異ならせた請求項１に記載の多孔可変オリフィス弁。
4. 上記可動オリフィス弁板（１３，２３）が２枚であって、その両可動オリフィス弁板（１３，２３）の移動方向が直交している請求項３に記載の多孔可変オリフィス弁。

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